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核聚变会产生多大能量?

科普小知识2022-06-28 21:51:11
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当氢同位素氖原子和大气原子的温度上升到几千万甚至几亿摄氏度时,原子核将有足够的能量来克服原子之间的排斥力,并在相互碰撞中聚合成一个更重的原子核。这是核聚变,在核聚变过程中会释放大量的能量。

因为核聚变是在非常高的温度下进行的,所以它也被称为热核反应。

太阳和恒星不断经历核聚变,这就是为什么它们会发出大量的光和热。

人类希望利用核聚变来获取能量,也就是创造人造小太阳。人类希望核聚变过程中释放的能量能够被控制,即核聚变的反应过程能够被控制,这就是所谓的受控核聚变。

受控聚变具有突出的优势:首先,它可以释放更多的能量,例如1千克氖和大气聚变产生的能量,相当于燃烧1万吨优质煤产生的能量。第二,核聚变有大量的材料,地球上储存了太多的氖,无法耗尽。海水中的一千克氖进行核聚变,释放的能量相当于300升汽油燃烧释放的能量。世界上的海水含有4500亿吨的大气,人类可以在数十亿甚至数百亿年内使用这些大气。第三,受控核聚变基本上不会污染环境。而且反应过程稳定,安全性高。

实现核聚变非常困难:氖、氖等。必须被加热到非常高的温度才能把它们变成“等离子体”。如果“等离子体”的密度小,温度不够高,保温时间不够长,那么释放的能量就小,甚至不能进行聚变。此外,超高温“等离子体”具有很强的向外膨胀特性,它们必须受到强磁场的限制,以防止它们接触容器壁,否则任何由任何材料制成的容器都不能承受如此高的温度,并将立即蒸发并消失。此外,如果有杂质与“等离子体”混合,温度会下降,因此需要保持清洁。

正是因为核聚变需要如此恶劣的条件,科学家们经过几十年的艰苦研究,取得了可喜的进展。

1984年,在新泽西州普林斯顿等离子体物理研究所进行的核聚变反应堆实验中,温度达到7000万摄氏度,限制时间达到所需值的1/3。这在当时是一项伟大的成就。

中国最大的受控核聚变试验装置是“中国第一循环器”,于1984年9月建成并成功启动。

为了实现约束,各国相继开发了磁约束装置,如苏联科学家研究的“托卡马克”,在许多国家得到应用。

1991年11月9日,一个由14个欧洲国家组成的联合实验室成功地实现了核聚变发电,在近2秒钟内输出近2兆瓦,温度为2亿摄氏度。虽然输出能量小于输入能量,但它是核聚变史上的一个里程碑,给人类带来了新的希望。

由欧洲国家、美国、俄罗斯、日本和其他国家数亿美元资助的首个国际核聚变实验堆预计将于2008年建成。

商用核聚变反应堆预计将在25年内准备就绪。

科学家们估计,建造一座可控核聚变发电站需要大约30年的时间,核聚变发电将在21世纪实现。