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核聚变会产生多大能量?

科普小知识2021-08-31 19:54:16
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  氢的同位素氖原子和氛原子,当温度升高到几千万甚至上亿摄氏度时,原子核就有足够的能量,克服各个原子之间的排斥力,在相互碰撞中聚合成为一个较重的原子核,这就是核聚变,在聚变过程中可放出大量的能量。

  因为核聚变是在很高很高温度下进行的,所以又叫热核反应。

  太阳和恒星内部时刻在进行核聚变,所以才放出巨大的光和热。

  人类希望利用核聚变获得能量,也就是制造出人造的小太阳。人类希望聚变过程中释放能量是可控制的,也就是可以控制核聚变的反应过程,这叫受控核聚变。

  受控聚变有很突出的优点:首先,可以放出的能量多,比如1千克氖和氛聚变产生的能量,相当于I万吨优质煤燃烧产生的能量。其次,核聚变的原料充足,地球上氖的储存量太多了,取之不尽。1千克海水中含的氖,进行核聚变,放出的能量相当于300升汽油燃烧放出的能量。全球的海水中含有45万亿吨氛,可供人类使用几十甚至几百亿年。再次,受控核聚变基本上不污染环境。还有,这种反应过程是稳定的,所以安全性高。

  实现核聚变是很困难的:要把氖、氖等加热到很高温度,使它们变成“等离子体”。“等离子体”如果密度小,温度不够高,保持时间不够长,则放出能量小,甚至不能进行聚变。另外,超高温的“等离子体”,有强烈向外扩张的特性,必须用很强的磁场来约束它们,不让它们与容器壁接触,否则任何材料制成的容器都耐不住如此高温,会立即气化,变为乌有。还有,如果有杂质混人“等离子体”,会使温度降下来,所以要求保持干净。

  正是由于核聚变需要的条件如此苛刻,所以科学家经过几十年艰苦研究才取得了可喜的进展。

  1984年,美国新泽西州普林斯顿等离子体物理实验所在核聚变反应堆实验中,温度达到7000万摄氏度,约束时间已达到要求值的1/3。这在当时是很了不起的成绩。

  我国受控核聚变试验装置中最大的是“中国环流器一号”,于1984年9月建成并顺利启动。

  为实现约束,各国先后研究出磁约束装置,如苏联科学家研究的“托卡马克”,许多国家都在使用这种装置。

  1991年11月9日,由欧洲14个国家组成的联合实验室,成功地实现了核聚变发电,输出电力接近2兆瓦,持续近2秒钟,温度达到2亿摄氏度。虽然,输出能量小于输人能量,但是,这已是核聚变发展史上的里程碑,也给人类带来新的希望。

  第一座国际核聚变实验反应堆,由欧洲各国、美国、俄罗斯、日本等国提供肠亿美元资金,预计2008年准备就绪。

  商业用的核聚变反应堆预计在加25年准备就绪。

  科学家估计,建成受控核聚变电站还要30年左右时间,21世纪将实现核聚变发电。