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核聚變的原理是什么?一次可以產(chǎn)生多少能量、掌握后的前景有多大

2021-11-25 16:49 作者:西昆侖Bruce  | 我要投稿

近幾十年以來,人類的科技已經(jīng)處于高速的發(fā)展之中了,目前全世界最尖端的科研技術(shù),基本上都是用于核能、航天等等領(lǐng)域的。而在這其中,就有一個暫時還沒有解決的問題——可控核聚變。

之所以一定要將核聚變變?yōu)榭煽氐臑槿祟愃?,就是因為核聚變的威力過于強大,可以解決目前國際上絕大部分的能源問題。

那么什么是核聚變,它的原理是什么呢?

在我們的太陽系中,太陽是唯一的恒星,它為整個太陽系提供能量,而這個能量的根源,就是核聚變,所以以太陽為例來說明這個問題。

核聚變需要滿足很多的條件,比如超高溫、超高壓等等。以下主要是討論理論的情況和原理。

在太陽的內(nèi)部,一開始是充斥著質(zhì)量很小的氫原子(主要是氘),由于高溫高壓的條件,使得其核外電子擺脫原子核的束縛,讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起,發(fā)生原子核互相聚合作用。由于這樣的聚合作用,產(chǎn)生了大量的能量,同時生成一種新的元素——氦元素,此時氦原子的原子核質(zhì)量要大于氫原子。

這之后,聚合反應(yīng)沒有停止,并且新生成的氦元素,也加入到反應(yīng)之中,這樣反應(yīng)更加劇烈,釋放的能量更加強大,同時又產(chǎn)生一種新的元素——鋰元素。

就這么持續(xù)地進行下去,按照元素周期表上面的金屬活動性順序,一直進行,直到生成了鐵元素。由于鐵元素性能極其穩(wěn)定,所以這時候核聚變差不多就沒有辦法繼續(xù)下去了。

與此同時,核聚變雖然釋放了巨大的能量,但是本身的消耗也是十分夸張的,每一次的聚變,都需要大量的原料參與進來,所以太陽的質(zhì)量其實一直是在減小的,根據(jù)推測,差不多再過50億年,氫元素就將會耗盡,屆時太陽會慢慢停止核聚變,最終變成紅巨星,而后熄滅坍塌等等。

而其釋放的能量,就會以太陽輻射的形式,四散開來,為整個太陽系提供能量。所以有人比較好奇,我們距離太陽如此遙遠,僅僅接收到太陽輻射的22億分之一,就已經(jīng)讓地球生命得以延續(xù),那一次性到底可以產(chǎn)生多大的能量呢?

對于這個問題,沒有辦法繼續(xù)精確計算,因為能量傳播是有損耗的,而且還有很多其他方面的因素影響。

按照估計,太陽一秒鐘就差不多有6億噸的氫燃燒成大約5.96億噸的氦,產(chǎn)生的能量相當于數(shù)萬億顆原子彈。

大致可以給出一個數(shù)據(jù):

1公斤的氫聚變=6.3x10^14焦耳能量,約等于150573.6噸TNT當量

1公斤氘氚聚變=3.37x10^14焦耳,約等于80544.9噸TNT當量。

全世界一年的所有耗電量加在一塊,差不多需要不到4噸的核聚變?nèi)剂希?/p>

看到這里,是不是覺得,如果是人類掌握了核聚變的技術(shù),整個國家的能源問題,將徹底解決了呢?

現(xiàn)如今之所以還沒有辦法控制,就是因為兩方面:一是現(xiàn)在還沒有辦法滿足如此的超高溫和超高壓;二是即便有,但是用什么容器來裝呢?目前已知的所有材料,都沒有辦法在這種極限條件下使用。

但越是困難,越是說明這個前景的巨大,相信未來人類一定可以攻克!


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