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14亿人免费用电时代或将到来?我国在核聚变领域获得大突破!

2024-05-06科技

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综述

对能源的利用,贯穿了整个人类文明的发展进程。 从燃烧木柴到烧炭挖煤,从开采石油到利用风能,水力,太阳能以及核能,人类一直在不断寻求更有效的能源来源 。有没有一种能源可以解决人类所有的能源问题呢? 答案当然有,那就是核聚变。

如果人类掌握了核聚变这一终极能源,将会实现真正的「用电自由」 。 但目前人类对核聚变的利用技术依然比较有限,尚处于探索阶段。不过就在去年,我国在可控核聚变领域取得了重大突破,距离核聚变的真正应用又迈出了重要的一步 。

核聚变是什么

从古至今,人类包括一切生命,所能利用的一切养分和能源,都来自于「核聚变」。 不过驱动核聚变的并非人类,而是太阳。 太阳每秒钟会「烧掉」6.2亿吨的氢,释放的能量功率高达 瓦特。太阳依靠巨大的压力和高温来持续将氢聚变成氦,以此释放能量。

20世纪40年代以来,各国相继点亮了核能源「技能树」,掌握了核裂变和核聚变。 核裂变是利用中子轰击铀原子,使其变为一个钡原子和一个氪原子,同时产生三个新中子 ,继续重复裂变过程,以此来释放出能量。利用这一原理,可以制造威力强大的原子弹。

核聚变和核裂变的过程是相反的,它利用的元素是氢和其同位素氘氚。 如果对一个氘原子进行加速,使其碰撞氚原子核,就会聚变反应出一个氦原子和一个中子,从而释放能量。以此原理制造的氢弹,威力比原子弹更加强大。

相较于核裂变,核聚变有更多优点。 首先,核聚变属于清洁能源,只要利用得当,就不会生成高放射性,高持久性的核废料,而核裂变存在一定的污染风险。

其次,核聚变更加安全。 聚变反应堆运行时,温度达上亿度,若温度不足反应就会自行停止。除非极端情况,否则不会出现失控反应。

最后,核聚变原料是氢及其同位素,在海洋中含量丰富,储备的氘元素足够人类使用上百亿年之久。

如何实现可控

不过,目前人类还不足以真正利用核聚变, 其面临的最大难点就是「可控」。 可控核聚变是指在进行核聚变反应过程中,可以做到控制反应的烈度,规模以及速度,实现平稳,安全,可持续的能量输出。

这就好比武侠小说中的内功和招式,要想真正将一门武术练到炉火纯青,一招一式就必须做到收放自如,这样才算是真正的武林高手。

可控核聚变反应装置又叫「人造太阳」,其反应原理和太阳相似,但又有许多不同。核聚变反应需要在一个空间内容纳上亿度的高温,什么「容器」可以做到呢?

1954年 ,苏联研制出了「托卡马克装置」 ,它依靠产生螺旋磁场来约束内部的等离子体,以此和外界隔温,实现核聚变。

20世纪70年代, 美国研究出了核聚变的新手段 ,依靠高能量激光均匀辐射氘氚燃料,在极短的时间内加热加压氘氚等离子体,引发核聚变反应,这种方式叫做 惯性约束核聚变

目前,这两种方式被认为是未来最有可能实现可控核聚变的两种重要方式。

突破和憧憬

我国的核聚变研究兼顾两种技术,并且在最近几年进展迅速,屡有突破。

我国2002年建成, 应用惯性约束技术的「神光二号」 ,可以实现在 秒的极短瞬间内,释放超过全世界电力数倍功率的能量,制造极高的压力和温度,实现聚变反应。 而这一压力和温度只有在恒星中心,核爆瞬间和黑洞边缘才能找到。

2006年,我国自主研发,应用磁约束技术的「东方超环」EAST建成。2021年,EAST在1.2亿度高温下稳定运行101秒。2023年,EAST又创下了高功率稳定运行403秒的记录。

2022年,磁约束技术的「环流2号」实现了100万安培等离子体电流下稳定运行。2023年,「环流3号」等离子体电流同样突破100万安培, 运行时等离子体温度可达1.5亿度,是太阳中心温度的10倍。

近些年来,核聚变领域发展迅速,不少商业资本也开始涉足,加速推荐新时代的到来。 未来,若可控核聚变得以真正实现,其给人类社会带来的变革将是颠覆性的 。一旦核聚变与蒸汽,电力以及信息技术一样发展成熟并商业化,人类将告别能源焦虑 。

随着大规模核聚变电站的兴建,只需较小的投入便能满足全球电力需求,工业发展将更加迅速,「电费」一词或许将成为历史。同时, 随着化石能源的淘汰,环境污染将得到根本解决, 人类将再次享受清新的空气和湛蓝的天空 。

结尾

可控核聚变技术将为人类打开一扇通往清洁,可持续未来的大门。 随着政府的支持和商业资本的投入,这一梦想正在不断向现实迈进。这不仅是一场科技革命,更是对于环境,生活,未来的一次全面改变。

新时代的到来中,我们将见证「能源自由」的实现,这将是人类文明历程中具有划时代意义的重大事件。 无论是科学家的智慧还是全社会的努力,都将推动这一目标的实现。 在这个未来世界中,我们将迎来一个更加清洁、更加繁荣的新时代。

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