当前位置: 华文世界 > 科学

可控核聚变点火成功!35亿美元烧了几壶水,但清洁能源指日可待

2024-04-26科学

前言

关于核聚变的突破新闻总是能在科技领域引起巨大反响,尤其是在2022年的年底,美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)实验成功点燃了一颗梦寐以求的「聚变之星」,让全世界都看到了人类突破传统核聚变的可能性。

可是在这项历经困难、耗资巨大的实验中,如此高昂的成本又是如何产生的?人们有多期待可控核聚变所带来的清洁、安全能源革命?

它能否真正帮助人类摆脱温室气体的威胁,并抑制全球气候变暖?

这项实验成功的前景又是如何的?

一、究竟什么是可控核聚变?

可控核聚变是人类长久以来一直在追求的技术目标,也是摆脱传统核裂变能源的一种发展方向。

不同于核裂变,在核聚变中两个原子核会因高能粒子碰撞而结合,释放庞大能量,也是太阳等恒星主要能源来源。

根据宇宙中的物质成分,最初的宇宙仅包含质子和中子,但在极端高温的介质中,这些质子和中子受到振动和碰撞,亦会形成氚和氦。

在太阳内部这种氚继续与质子碰撞,最终凝结为氦和释放能量。

由于太阳内部高温高压的自然条件,在近1000万摄氏度的温度下便可实现这种反应,人类则在寻求更可控的方法。

想要稳定、可控的核聚变,需要更高的温度与压力,并且还有克服同核带来的排斥力。

此外,核聚变需要非常干净且高能的反应材料,克服其它能量损耗。

这项任务的巨大复杂性也使得人类迟迟无法找到理想的方法来实现可控核聚变。

二、35亿美元的几壶水,到底值不值?

LLNL实验成功的消息在科学界掀起了不小的波澜,但在此之前,这项实验可不是第一次进行。

在1970年,产生自信的科学家曾预言人类将在20年内成功实现可控核聚变。

随着研究的延续,这个时间被不断向后延迟,变成了一个「永远在30年之后」的梗。

看似「不抱希望」的这种待遇,可控核聚变为何一直像是「就快实现」的梦想一样被高度期待?

核聚变不仅能产生巨大的清洁能源,还能避免可控核聚变反应堆被滥用来发展核武器。

可控核聚变的反应材料在处理上也相对安全,可以减少对环境的影响。

而且由于容易产生链式反应,这种反应堆在安全方面也更加可靠,相比核裂变更为合理选项。

不过这一切都是在人类成功实现可控核聚变这个前提下。

从技术角度来说,可控核聚变的难度要远高于核裂变,给科学家们留下了重重挑战。

LLNL的实验中,实现可控核聚变的激光束仪器总共耗资超过35亿美元,且这只是实现核聚变的点火阶段,还有前期准备、后期更长时间的维护成本,使得这一技术十分昂贵。

值得庆幸的是,这项实验取得了令人瞩目的进展。

在过去的实验中,实验者往往难以为人类获得能量输出,但在这次LLNL实验中,研究人员通过测量成功点火的反应产物,获得了积极的能量增益。

实验中的目标是利用传输到反应器内的2.05兆焦耳能量,「燃烧」极少的聚变燃料,产生10倍于目标输入能量的31.5兆焦耳, 能量增益达到了153%

这一结果让人类第一次看到了可控核聚变实现能量增益的曙光,为清洁能源的发展提供了快速的可能性。

此番突破不仅给大家带来了明确的成果,更是为科学家们提供了许多可以探讨与优化的方向。

2018年,劳伦斯利弗莫尔国家实验室拥有研究可控核聚变的超级计算机,成功模拟了点火的路径,如何控制等离子体以实现更多的能量和更长时间的运行。

这对于科学家来说将帮助其更好地了解这个技术,为其优化带来希望。

不过,科学家们还需要更多时间和投资,才能真正将这个技术应用于现实中。

三、可控核聚变能否成为清洁能源的「发动机」?

虽然这项核聚变的成功点火只是一小步,但也是人类探索高能物理领域的巨大飞跃。

它为清洁能源的实现提供了新的可能性,未来在核聚变技术的成功应用下,或许我们的家用电器就可以多用数十年。

展望未来,可控核聚变能否成为「发动机」,真正在环保方面大有可为呢?

一般来说,可控核聚变比传统燃烧清洁得多,核聚变的燃料来自海水,不会产生核废料,也不会在发电过程中排放温室气体。

尽管如此,可控核聚变想要在环保方面有所贡献,还需要面对一些挑战。

首先是可控核聚变的实用化。

虽然实验室中取得了成功,但如何将这项技术应用到现实中,确保其稳定高效的运行,仍然是一个巨大的难题。

其次是实现可控核聚变的经济性。

目前的实验仍然依赖于昂贵的设备和大量的人员,想要实现大规模商用,还需要大量的投资与技术研发。

最后,我们还需要解决可控核聚变的安全问题。

如何在大规模商用可控核聚变时,确保反应堆运行安全,避免发生类似于核裂变的事故,仍然是一个待解决的问题。

不过,随着技术的不断发展,相信这些挑战在不久的将来都能够得到解决。

笔者认为

虽然可控核聚变仍然面临着重重挑战,但它无疑为我们的未来提供了无限可能。

有了可控核聚变技术,我们或许很快就能摆脱对化石能源的依赖,实现清洁、安全、高效的能源生产和利用。

有了可控核聚变技术,我们或许很快就能彻底解决能源危机,为全球范围内的经济发展和社会进步提供持续动力。

有了可控核聚变技术,我们或许很快就能全面应对全球气候变暖的挑战,为地球的可持续发展贡献更多力量。

这一技术的未来充满了无限可能,相信在不久的将来,我们就能看到它为人类社会带来更加璀璨的明天。