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1 # 物理宿博士
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2 # 薛定諤的captain
可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開啟和停止,以及隨時可以對核聚變的反應速度進行控制。或者說,最簡單地比喻就是,同樣是可燃燒物質,火藥可以用來做成炸彈,因為只是利用其高能量瞬間爆發的破壞性;同時也可以摻點雜質,做成蜂窩煤,使其可以當做一個煤爐子來緩慢釋放能量,想讓它燒就燒,想讓它滅就滅,秘訣就在蜂窩煤爐子的爐門上。將這個蜂窩煤爐子的燃料換成核燃料,燒上開水,讓開水變成蒸汽去推動輪機發電,就成了一個當今的核電站的基本原理雛形了。
相比可控核裂變來講,可控核聚變的優勢在於:
原料易得,核聚變的原料是重水,可以直接從海水中提煉,並且地球中儲量極大。
核聚變的過程及其產物均不會對環境造成汙染,亦不會造成核洩漏的危害。
那麼將這個煤爐子裡的燃料從核燃料換成核聚變的原料的最大的麻煩在哪裡?
就在於其反應條件。核裂變需要的反應條件很弱,天然的鈾礦在常溫的自然條件下就可以發生衰變。但是相比於核裂變過程來講,核聚變最麻煩的反應條件就是——需要瞬間上億度的高溫才能引起核聚變反應。而如此高的溫度是用傳統加熱方法所無法達到的。人類研製氫彈時,對於該問題給出了以下解決方案:用核彈引爆氫彈!即透過核彈引爆得到達到核聚變反應的溫度,從而引起核聚變使得氫彈爆炸。因此氫彈內部是有一個小型核彈的。
這樣的話,研究可控核聚變的最關鍵問題現在已經很明顯了,即:
怎麼將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度?(怎麼點燃爐子裡面的燃料?)
將核聚變的原料加熱到這麼高的溫度以後拿什麼來裝它?(怎麼讓燃料不把爐子燒穿了?)
首先來說第1個問題,關於如何加熱的方法,從上世紀60年代開始,鐳射器的發明,為如何將物質加熱到極高能量這一問題打開了一條門縫。最早是蘇聯專家開始考慮使用鐳射加熱核聚變的原料,因為該方法能量大,而且無需與被加熱物質接觸,簡單理解就是類似於拿Sunny聚焦之後點燃木屑。但是單個鐳射器的能量太低,所以為了解決這樣的問題,需要將多個鐳射器的能量聚焦於同一點。該問題看似簡單,實則非常困難。因為必須保證在短暫的加熱時間內,被加熱物體的所有方向受熱均勻,一致向球心坍縮(簡單理解就是將被加熱物質想象成一個足球,如果想要擠壓足球內部的空氣,最好的方法就是從四面八方一起用力,使其體積被壓縮。如果僅僅從兩個方向使勁,則足球會變形,足球內部的空氣被擠壓效果就會大打折扣)。這不僅需要每個鐳射器對準的方向控制地異常精確,也需要在這一極短的時間內每個鐳射器的能量大小需要嚴格控制。目前在該領域美國的研究進展是最快的,其「國家點火裝置」目前正在實驗將192個鐳射器聚焦於同一點。而中國的「神光三號」專案目前則正在試驗將32個鐳射器聚焦,下一步目標是48個
中國研發的神光3號慣性約束核聚變鐳射驅動裝置
現在再來討論第2個問題,我們拿什麼來盛放這些物質。上億度的物質足夠燒燬任何與其相接觸的東西,那麼就算能將這些反應燃料點燃,又能拿什麼來盛放它?「超導託卡馬克」裝置的研製就是為了實現能將上億度的物質存放於其中的目的。具體的基本原理在高中物理課本就有提到,是透過將這些物質約束在一個密閉的環中使其高速旋轉,來將其固定在一個密閉的空間中,從而實現了變相的盛放。如果感興趣的話網上關於該裝置的資料也有很多
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3 # 大家點到為止
其實就是沒有一個合適的容器,所以溫度不夠高(夠高的話容器都會化掉),或者壓強不夠大(夠大的話容器都會爆掉)
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4 # 經常用了
對能源的利用方式,決定了人類文明進步的程度。懂得了用火,人便從猴變成了人;懂得了用電,人類便進入了電氣時代;掌握了核變,劃時代的核能時代便開始了。風能水能太陽能,這些不值一提,因為它們的能源太不密集了,不堪重用。
雖然人類已經懂得了利用核能,但現在還主要是透過核裂變的方式獲取能源,看似已經很厲害了,但是核裂變是最低端的核能利用方式。
這時候,核聚變的優勢就體現出來了:核聚變不會產生核輻射汙染,完全清潔能源,即便發生核事故,也不會像核裂變核電站產生那麼恐怖的危害;核聚變的原料為重水,可以從海水中提煉,多的是,而核裂變的原料為鈾,相對來說就很稀有了。
但是核聚變雖然滿星空都是,但可控核聚變實現起來卻並沒有那麼容易,條件要比核裂變要苛刻得多:
核聚變的溫度需要1億度,這樣高的溫度實現起來非常困難。氫彈是不可控的核聚變技術,氫彈裡邊必須要裝一顆原子彈,才能將氫彈引爆。
如何實現這樣的溫度,現在採用的是鐳射聚焦的方法,即透過全方位的鐳射聚焦,讓中心物質發生向心塌縮聚變。但這一技術說起來容易,做起來就非常困難。另一個難度是,如此高的溫度,應該找個什麼樣的“容器”來裝它?這種裝置被稱之為託卡馬克,它的原理是利用磁場將高溫等離子體約束在裡邊。
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。自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應在太陽上已經持續了50億年。可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應。核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不汙染環境。
要想控制核聚變必須解決兩個問題,高溫與高壓:高溫可以讓粒子運動速度加快;高壓,可以是粒子運動範圍縮小,而這兩個都能提高粒子相互撞擊的機率。
太陽無時無刻不在進行這核聚變反應。為什麼它能那麼穩定持續的輸出能量呢?因為太陽發生反應的核心,溫度在一千到兩千萬度左右,並且有著強大的引力約束。所以原子核相撞的前提就有了。在地球上要達到上億度。這麼高的溫度的等離子體,增壓才能控制住,保證反應裝置不被“燙”壞?目前主流的方法都是磁約束,這些高溫等離子體,被磁場拘在一起,維持聚變的狀態,不停的旋轉運動。
如果把核聚變反應堆看成一個火爐,第一個問題就相當於“怎麼點火”,第二個問題相當於“怎麼保證不把爐子燒穿”。
對第一個問題的回答,慣性約束鐳射點火是一條思路。把聚變燃料放在一個彈丸內部,用超強鐳射照射彈丸,瞬間達到高溫,彈丸外壁蒸發掉,並把核燃料向內擠壓。美國的“國家點火裝置”和中國的“神光三號”等實驗裝置,走的就是這條路。
對第二個問題的回答,磁約束是一條思路。把聚變燃料做成等離子體(原子核和電子分離,都可以自由流動),用超強磁場約束等離子體,讓它們懸空高速旋轉,不跟容器直接接觸。EAST等託卡馬克裝置,走的就是這條路。
然而這兩條路是互相矛盾的。聚變燃料如果處於靜止,就很難不把容器燒穿;而如果處於運動中,聚焦點火又變得困難。這就是可控核聚變難度如此之大的原因。
人類投入了大量的資源、資金和時間,卻收效甚微,核聚變幾乎是絕無僅有的一個,甚至不能確定現在聚變方案,磁約束(託卡馬克、仿星器、箍縮等)、慣性約束是否真的可行,但人類必須堅持下去,因為我們承擔不起失敗的後果。也許經過無數的失敗,下個世紀核聚變將照亮世界。
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5 # 與自然做鬥爭
難在鎖核,跟鎖電到電頻裡面!統稱鎖存!
主要是密度問題,光子可以從玻璃滲透而出產生了逃逸事件,逃逸事件又叫輻射,而光又可以從電磁場逃逸,說明光可以從磁場逃跑形成能量消耗形成能量守恆定律!無法永恆迴圈,但可以持續一段時間迴圈!
辦法是有,能讓週期互相重組又分裂更長時間,那就需要更大型對撞機驗證,把粒子加速到接近光的速度,找到接近光的速度粒子無法再分裂!那麼要找出這個粒子!找到後,再用高溫提煉出這些粒子形成材料進行做外殼,那麼溫度要達到一億度左右提煉,要把一噸的稀土放入保證這一噸稀土元素瞬間化解,化解后里面的光子逃逸完後就會殘留有更高密度的材料,耐溫可達上億度!但上億度的化解提取能量非常巨大,遠超過核聚變爆炸威力,目前並沒有如此能耐高溫的容器,並且無法鎖住,鎖不住那威力不是一般的小,一但無法鎖住,整個城市將廢墟,這種威力遠超過原子彈核聚變核裂變的威力。
說明一下在上億度化解出來的材料,顏色必定是黑色的,所釋放的輻射是超低溫,低到你想不到多少度,一克左右足以十平方公里之內都感到寒冷無比,這就是反物質,反能量材料
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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。我們熟知的太陽就是依靠這種核聚變養育地球萬物。為什麼人工可控核聚變這麼困難呢,可以分如下兩方面來看。
1,作為反應體的混合氣必須被加熱到等離子態——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛,原子核能自由運動,這時才可能使得原子核發生直接接觸,這個時候,需要大約10萬攝氏度的溫度。
2,為了克服原子核之間的強大斥力,原子核需要以極快的速度執行,得到這個速度,最簡單的方法就是提高體系溫度,使得分子熱運動達到極高的程度。而要使原子核達到要求的狀態狀態,需要上億攝氏度的溫度。此後,氚的原子核和氘的原子核以極大的速度發生碰撞聚合,產生了新的氦核和新的中子,釋放出巨大的能量。達到一定穩定後,反應體已經不需要外來能源的加熱,核聚變自身產生的溫度已經足夠使得原子核繼續發生聚變。此後只要氦原子核和中子被及時排除,新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體,核聚變就能持續下去,產生的能量一小部分留在反應體內,維持鏈式反應,大部分可以輸出,作為能源來使用。
從上面的分析不難看出,可控核聚變的難點在於製造一個可以承載上億攝氏度的空間。目前有兩種被認為是最可行的辦法,一種是慣性約束,另一種就是磁力約束。但是這兩種方法對工程和裝置的執行管理都有著極高的要求,並不是那麼好實現的。