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  • 1 # 美人松祖沖之之

    點評:

    根據《燃燒與氣體運動一一物質向有能量消耗的方向具有朝向、運動與趨勢》的原理

    1.關鍵是沒有達到能夠穩定燃燒

    2.為了燃燒穩定可控,不斷更新、新增控器件

    3.燃燒產生的廢料很難清理或換芯

    4.進料的連續性還是振盪性問題,強大負壓及壓力平衡保持,真空度,輻射回旋,

    5.環型線性燃燒與球狀燃燒的關係

    6.燃燒與等離子體輻射的區分點。即輻射與對流關係。從燃燒溫度跨到全輻射狀態;

    7.氣流(物質)通道的設定,是頂置式還是側置式。線性燃燒過渡到球狀問題,

    8進料回火問題與連續出廢料問題,才能連續燃燒,

    總之:約束等離子體與約束燃燒及全輻射態也是三步,很難一步全託

  • 2 # 樂時沃

    大家都知道,核聚變需要持續1億度的高溫。那麼這個溫度任何容器都會融化。最後科學家想到了利用強大的磁場作為內層容器。但是這樣帶來另一個問題,這麼強大的磁場需要什麼材料做線圈呢?強大的電流本身就能產生巨大的熱量。這需要找到一種超級導線。否則持續一億度的高溫所需的磁場電流就會把導線融化。這個是目前最難解決的問題。

  • 3 # 兵器知識譜

    可控核聚變概念早在1933年就被提出了,對可控核聚變技術的研究則始於1939年,如果從美國物理學家貝特透過實驗證實,把一個氘原子核用加速器加速後和一個氚原子核以極高的速度碰撞,兩個原子核發生了融合,形成一個新的原子核——氦外加一個自由中子,在這個過程中釋放出了17.6兆電子伏的能量算起,對該技術的的研究已經持續了整整81年。

    在這近一個世紀的研究歷程中,可控核聚變面臨過許許多多的難點,然而歸根結底難點始終只被卡在一個問題上,那就是材料耐熱。

    核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,並釋放出能量的過程,在這個過程中核聚變鏈式反應所釋放出來的熱量跟太陽的溫度時一樣的。

    太陽本身就是一個巨大的可控核聚變裝置,其中心溫度大約是表面溫度的3600多倍,一般認為太陽的表面溫度約為5500℃,照此計算,那麼太陽中心的溫度大約為19800000℃。

    目前人類所掌握的最耐高溫的材料是一種叫做五碳化四鉭鉿的合金(化學式為Ta4HfC5),它的熔點為4215℃。

    而可控核聚變的發生鏈式反應時所釋放的能量接近太陽中心溫度,這就意味著人類即使成功進行可控核聚變也沒有任何一種材料能夠經受得住19800000℃高溫考驗,這就是研究可控核聚變技術所面對的唯一難點。

    如果人類能夠解決材料耐熱問題,那麼可控核聚變反應堆可以在一年之內簡稱,10年之內能夠實現全部核裂變發電廠,100年之內實現星際飛行,屆時我們的世界將發生天翻地覆的改變。

    只可惜到目前為止,可控核聚變技術的研究始終卡在耐熱問題上,也就是說只要人類解決了耐熱問題,那麼可控核聚變技術就不存在任何技術難題了,可見可控核聚變對我們人類而言看似近在咫尺,卻又顯得那麼的遙不可及。

    既然可控核聚變難以解決耐熱問題,那麼科學家們又是怎樣進行研究的呢?我們從以下幾點來進行分析。

    ▼下圖為人類目前掌握的高溫耐熱材料——五碳化四鉭鉿的合金,它的熔點為4215℃,連5000℃都不到,如何經受核聚變時釋放的幾千萬攝氏度超高溫是卡著可控核聚變研究進展的唯一一個難題。利用核能的終極目標是要實現受控核聚變

    目前人類所掌握的可控核能技術是可控核裂變,比如核電廠、核動力航母、核動力潛艇所使用的核反應堆就是核裂變,核裂變是靠裂變過程中原子核分裂而釋出能量,它的問題在於裂變過程始終伴隨著核廢料的產生,並且裂變過程始終在輻射有害的核射線,所以人類必須掌握一種絕對清潔的核能源技術,它就是核聚變技術。

    核聚變是由較輕的原子核聚合成較重的原子核的過程而釋出能量的,它本身是不產生任何形式的核輻射的,比如不可控的核聚變(即氫彈爆炸),氫彈在爆炸時只釋放能量,不產生任何形式的核汙染,在核爆中心留下的核汙染只是引爆氫彈的原子彈留下的。

    不可控的核聚變是一錘子買賣,一聲巨響過後毀天滅地(指氫彈爆炸),人類是不可能在不可控核聚變過程中獲得有用能量的,得到的只能是死亡和毀滅,因此對核聚變技術的利用在於它的聚變過程的可控性。

    如何實現可控核聚變呢?核聚變的原料是一種叫做“氘”的物質(讀音與“刀”相同),氘是氫的同位素,俗稱重氫,是能夠從大自然中提取的東西,而且地球上的氘資源極為豐富,據測算,每升海水中含有0.03克氘,所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘,可以說是真正的“取之不盡用之不竭”。

    另外一種原料叫做“氚”的物質(讀音與“川”相同),氚也是氫的同位素,俗稱超重氫,它不存在於自然界中,因此不能從大自然中提取,但是可以在高溫環境下利用金屬釙、鈹和鋰製備一種氚化鋰合金來作為原料使用(氫彈的核聚變材料就是這麼幹出來的)。

    只要將兩種原料加熱至100000℃以上的溫度,可控核聚變就開始進行鏈式反應了,從理論的角度來講,可控核聚變的原理就是這麼簡單,然而人類目前所掌握的耐熱物質始終無法突破5000℃,這就造成一個尷尬的局面——我們的世界沒有任何一種材料適合用來製造核聚變裝置。

    ▼下圖為中國製備氘化鋁鋰樣本,氘化物的用途十分廣泛,其中就包括可控核聚變實驗,而氫彈所使用的核聚變材料則為高純度的氘化鋰合金。可控核聚變技術的實現始終只差25年

    1933年核聚變的原理被提出來以後,人們便開始著手研究對核聚變的掌握技術(那時候核裂變原理尚未提出),當時面臨的第一個問題是如何獲得核聚變原料之一的“氚”,然而這對於當時的科技水平而言實在是太難了。

    直到1952世界上第一顆氫彈爆炸時人類也只掌握了液態氚技術,這顆世界上第一顆氫彈就是美國的“mike”氫彈(爆炸當量相當於1000萬噸TNT炸藥),其實嚴格來講它並不屬於真正的氫彈,因為它的核聚變材料是液態的氚和氘,因此重量達到了驚人的82噸,只能算是一個核聚變裝置。

    直到2年後的1954年,美華人才掌握了氘和氚的化合物技術,即氘化鋰和氚化鋰,4年後氘化鋰和氚化鋰的化合技術趨於成熟,世界上能夠用於實戰的氫彈才相距問世。至此,從人類提出核聚變原理到解決核聚變材料問題經歷了整整25年。

    接下來就該面對核聚變點火問題的解決了,產生核聚變的第一條件是將聚變原料加熱到100000℃以上的溫度,我們把這個溫度稱之為“點火溫度”,只有實現點火,核聚變鏈式反應才會形成。

    很顯然這個溫度超過了人類的能力,以當時的科技水平,人類不可能製造出高達10萬攝氏度的高溫出來為核聚變原料實施點火,那麼人類又該如何解決這個問題呢?其實這一點根本難不住聰明的人類,因為1917年愛因斯坦就提出一種全新概念——鐳射。

    1917年,愛因斯坦從理論上指出:除自發輻射外,處於高能級E2上的粒子還可以另一方式躍遷到較低能級。他指出當頻率為 ν=(E2-E1)/h的光子入射時,也會引發粒子以一定的機率,迅速地從能級E2躍遷到能級E1,同時輻射一個與外來光子頻率、相位、偏振態以及傳播方向都相同的光子,這個過程稱為受激輻射,而這種在受激輻射過程中產生並被放大的光就是鐳射。

    1960年美國科學家T.H.梅曼等人制成了第一臺紅寶石鐳射器;1961年A.賈文等人制成了氦氖鐳射器;1962年R.N.霍耳等人創制了砷化鎵半導體鐳射器;1983年鐳射器被應用到世界上第一臺可控核聚變實驗裝置上,用來為核聚變材料實施點火(蘇聯的託卡馬克裝置),至此,距離氘化鋰和氚化鋰合金問世又過去了整整25年。

    核聚變原料的點火問題解決了,這就意味著人類可以開始真正意義上的核聚變實驗了,看起來是不是有一種觸手可及的感覺?可是真正的難題才開始顯現——材料耐熱,當可控核聚變開始鏈式反應以後,那些近2000萬攝氏度的溫度又該放到哪裡去呢?畢竟世間沒有任何一種東西能夠耐得住這種溫度的考驗。

    就像上述中提到的——人類始終是太聰明瞭。既然沒有任何一種物質能夠經受得住超高溫,那麼幹脆就不讓超高溫接觸到實驗裝置不就解決問題了嗎?

    如何實現不讓超高溫接觸到實驗裝置呢?答案是——磁懸浮!製造一個巨大的人造磁場,讓核聚變過程在完全懸空的環境中進行,超高溫就不會熔化任何物質了,於是科學家們開始在核聚變裝置上安裝巨大的線圈裝置,以電感的形式製造強磁場實驗環境。

    但是新的問題又來了——普通導體存在電阻,電阻率將會降低導體的導電率,導電率的下降意味著磁場的削弱,一旦磁場的磁力不足,正在進行鏈式反應的核聚變材料就會觸碰實驗裝置,在萬分之一秒的時間內將實驗裝置熔穿。

    所以製造人造強磁場的線圈必須使用電阻基本為“0”的超導體,這下又難住科學家們了,上哪去找基本沒有電阻值的超導體呢?

    其實超導體的發現比核能早了30多年,1908年,荷蘭萊頓大學萊頓低溫實驗室的卡末林·昂內斯教授就發現金屬汞在絕對零度的超低溫環境中電阻值基本為“0”(絕對零度為-273.15℃;電阻值低於10-25Ω即可視為“基本為0”)。

    2006年,日本東京工業大學細野秀雄(Hideo Hosono)教授合成以鐵為超導主體的化合物LaFeOP(鐵基超導體),開創了對鐵基超導體的研究;2007年中國科學家朱經武和趙忠賢合成的釔-鋇-銅-氧系高溫超導體(SmFeAs1-xFx超導體和臨界溫度達55K的ReFeAs1-xFx超導體)。

    2008年,釔-鋇-銅-氧系高溫超導體被應用到中國的EAST可控核聚變實驗裝置(位於中國合肥市),這是世界上第一臺使用超導體材料做線圈的控核聚變實驗裝置,使得中國成為世界上第一個取得可控核聚變持續2秒的國家,至此,距1983年使用鐳射器實現為核聚變材料點火又過去了整整25年。

    ▼下圖為美國國家核聚變實驗裝置的鐳射點火器,它的輸出功率為500萬億瓦,透過鐳射照射的方式為核聚變材料加熱,使其達到10萬攝氏度的點火溫度。下一個25年是解決始終困擾人類掌握可控核聚變技術耐熱問題的研究週期

    2008年至今已經過去12年,在接下來的13年的研究週期中人類將解決核聚變實驗裝置的耐熱問題,使人類再次到達對可控核聚變“觸手可及”的局面。

    很顯然僅憑一個國家的能力是很難解決正在面臨的難題和即將出現的新難題的,因此國際合作開始了,2007年10月24日臺北時間21∶15,國際熱核聚變實驗堆(ITER)組織在法國卡達拉舍(Cadarache)正式成立,這標誌著目前全球規模最大的國際科技合作協議正式啟動。

    國際熱核聚變實驗堆(ITER)組織成員國、組織有美國、俄羅斯、中國、歐盟、日本、南韓、印度7個國家,ITER計劃是目前全球規模最大、經費投入最多、影響最深遠的重大國際科學工程之一,該計劃的實施結果將影響人類能否大規模地使用聚變能,從而從根本上解決能源問題的程序。

    但是遺憾的是由於個成員國、組織在資金投入上相互扯皮,使得ITER計劃程序很不順利,好在中國除了參與國際合作之外,國內始終沒有放鬆自主研發。

    2012年7月10日,中國可控核聚變實驗裝置獲重大突破,中科院等離子體物理研究所在東方超環(EAST)超導託卡馬克2012年物理實驗順利結束,獲得多項重大成果,創造了兩項託卡馬克裝置執行的世界記錄:第一、獲得超過400秒的兩千萬度高參數偏濾器等離子體;第二、獲得穩定重複超過30秒的高約束等離子體放電。

    這就意味著人類的可控核聚變在經歷81年的研究歷程後,終於獲得了實質性的可控核聚變鏈式反應,下一步中國科學家將努力突破1000秒的可控核聚變鏈式反應持續時間大關。

    而解決這道難題的本質始終還是耐熱問題,超導體線圈磁場懸浮無疑是最有效的耐熱解決方案,國際科學界普遍認為下一個25年週期內獲得重大突破的國家只有美國和中國,而中國則始終走在前沿。

    或許13年以後我們對可控核聚變不再是惱人的“觸手可及”,而是“盡在掌握之中”。

    ▼下圖為使用超導體材料製造的環形磁懸浮線圈裝置,核聚變材料將在這個環形容器內以懸浮的形式發生核聚變鏈式反應,耐超高溫問題就是這樣解決的。

    綜上所述我們可以得出這樣的結論:第一、可控核聚變技術始終被卡在解決材料耐熱這個難題上,因為人類目前所掌握的最耐熱材料的熔點不足5000℃,而核聚變過程中釋放的能量高達1980000℃,所以也可以這麼說:當前研究核聚變技術的唯一任務就是解決超高溫的耐熱問題。

    第二、感覺可控核聚變研究進展緩慢的原因是人類每解決一個難題就需要25年的研究週期,彷彿上天早有安排,每個25年的週期內人類都有對可控核聚變“觸手可及”的感覺,但是新問題出現以後又顯得那麼的“遙不可及”,雖然中國已經取得400秒的持續可控核聚變時間,但是誰又能保證會不會再次出現新問題,再需要下一個25年來解決呢。

    可控核聚變技術是人類對核能應用的終極目標,它的實現將會引發下一個工業革命,世界格局也有可能因此而發生改變,所以絕對不會那麼輕易獲得成功的,真心希望中國是第一個獲得核聚變研究成功的國家,屆時華夏民族復興的崇高理想就真的實現了。

    ▼下圖為位於合肥市的中國可控核聚變實驗裝置——東方超環(EAST)超導託卡馬克反應體,它已經獲得了400秒的可控核聚變持續時間,下一步將努力突破1000秒大關。
  • 4 # 魔怕78479829

    高科技不是那麼容易的,也許理論實驗容易,在實際應用中就要考慮到很複雜安全的問題,難度是一般人難以想象的,要記住好多事情是欲速不達的。

  • 5 # 當牛皮遇到真皮

    現在核聚變技術的成熟的應用就是氫彈。不過基於核聚變技術可以產生巨大的能量,很多國家,包括中國都在積極研究和平核聚變技術,即實現人工控制核聚變,使它用來發電,就像裂變一樣。但是也正因為能量太大了,使它極不受控制。不過值得慶幸和自豪的是,經中國科學家的不斷努力終於在2019年用“東方超環”解決了核聚變過程中釋放能量不可控的難題。

    大家都知道能源問題是當今人類最關心的問題之一,人類無論是上天入海還是掘地三尺,很多時候都是為了尋求更多的可持續能源,比如石油和可燃冰。除了向太空、海洋和地下探求新能源,中國科學家們經過數十年不屑努力,在實驗室裡研製出了“人造太陽”。聽上去有點不可思議,這個所謂的人造太陽預計在今年和大家見面,華人造太陽一旦正式投入使用,它將擁有10兆瓦以上的加熱功率,溫度高達到1億度,甚至會比自然界中的太陽更熱,它提供的能源比其他能源更為清潔可持續,高效和安全穩定。伴隨著“人造太陽”的投入使用,人類或許會有無限的資源可以利用,那麼到時候人類的發展將不會再受到能源的限制,中國將是解決能源稀缺這一世界級難題的第一人!

    相信隨著“人造太陽”的投入使用,將會不斷的有關於核聚變的成果運用的生產實踐當中!

  • 6 # 真空場能

    等離子體壓力,持續時間都不夠,溫度勉強,但溫度高的持續時間不夠,持續時間長的溫度不夠。然後第一壁材料受到超強中子輻射,輻射老化缺陷問題沒解決,需要的昂貴的氚太多,氚增殖問題沒解決,能量密度不夠高,效率太低,核能轉化成電能還採用燒開水的方式,太落後。每一個都是難題。

  • 7 # 草色煙光殘照裡2

    主要還是超導技術不過關,為了維持環形線圈的超導性,建設了龐大的製冷冷卻糸統,其耗電已接近核聚變產生的能量,所以到目前為止,核聚變所產生的能量還是小於維持系統輸入的能量。

  • 8 # 硬核老林

    主要是這幾十年以來對電磁和頻率的認識沒有提升,用粗暴的材料學方法來約束聚變堆是不可行的,特斯拉如果還在世,他會有用磁場約束聚變堆的低成本快捷方式。一堆庸才加上高算力計算機是無法取代天才的。

  • 9 # 軍統60

    卡在釋放中子上 與核裂変的慢中子不同 核聚變能量70%變成快中子動能 轉化利用難防護難 現在只是利用的剩下的30%熱火能 不釋放中子的氦3地球上沒有。。!!!!!!

  • 10 # 毛勾三

    聚變反應的條件,需要不可控的裂變激發,激發後也需要在聚變不可控的條件下才能自持反應。所以聚變才不可控。

    如果其自持反應的條件可控了,那聚變反應也就可控了。

  • 中秋節和大豐收的關聯?
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