人造太阳!核聚变可行吗?

我们的宇宙的基本货币是能源,它照亮我们的家帮助植物生长,为我们的电脑充电。我们有很多方法来获得它:燃烧化石燃料、分裂原子,或者让太阳光照射着太阳能电板。但是每种东西都有它的缺点:化石燃料会造成污染,核废料是......嗯,核废料你懂的,而且没有足够的太阳能电池在阴天使用。然而,太阳似乎有 几乎无限的免费能量有没有可能在地球上建一个人造太阳?我们能否把一颗恒星装在瓶子里?


太阳发光是因为核聚变,简而言之-聚变是热核过程,这意味着原料的温度必须极高,热到电子从原子中脱离,生成原子核和电子可以自由穿梭的等离子体。由于原子核都带正电,它们互相排斥,为了客服这种斥力,这些颗粒必须运动的非常非常快,在这种情况下,非常快就意味着非常热:达到百万摄氏度。恒星有办法达到如此高的温度:它们太巨大,以至于中心的压力,产生巨大的热量把原子核挤在一起,直到它们合并和融合,生成更重的核并在此过程中释放能量。

正是这种能量释放,科学家希望利用在新一代的发电厂的:聚变堆。在地球上,无法使用这种暴力的方法来进行核聚变。因此,如果我们要建造从聚变生产能量的反应器,我们要变得更加机智。迄今为止,科学家发明了两种方式使等离子体热到足以融合:第一类型的反应器使用磁场,挤压等离子在一个环形腔室中产生反应。这些磁约束反应器,像法国的ITER反应堆,利用超导电磁铁和液态氦来冷却,将温度几乎控制在绝对零度。这意味着它们完成了在已知宇宙中最大的温度差。


第二种叫做惯性约束,利用来自超强激光的脉冲来加热燃料颗粒的表面,让燃料集中,变得足够热和密集来短暂的发生核聚变。事实上,世界上最强大的激光器之一被用于聚变实验就在美国的国家点火设施中。这些实验以及世界各地的,其它类似的实验,如今只是实验而已,科学家仍在开发技术。即使它们可以实现聚变,如今,实验所需要的能量比它们产生的要少,该技术仍然有很长的路要走,在它真正具有商业价值之前,也许它永远不会有或许在地球上不可能造出来可行的聚变反应堆。

但是,如果我们成功了,它的效率将极高。一杯海水,产生的能量堪比一桶油,并且不会产生任何废物。这是因为核聚变反应堆,将使用氢气或氦气作为燃料,然而海水中充满了氢,但并不是所有的氢都可以使用:同位素具有额外的中子,称为氘(dao)和氚(chuan),

才可以发生正确的反应。

氘是稳定的,并且可以在海水中找到很多。不过,氚有点棘手,氚有放射性,而且可能只有20千克。在世界上,大多在核弹头上,这使得它非常昂贵,因此,我们需要别的元素来和氘融合以取代氚。氦3,氦的同位素,可能是一个很好的替代品,不幸的是,它也在地球上非常罕见,但是月亮可能会有答案。

数十亿年,太阳风可能已经使得月球上积累了很多氦-3,不需要创造氦-3,我们可以开采它。如果我们能够从月球尘埃中筛选出氦,我们就会拥有能量给全世界使用上千年,这也是建立月球基地的另一个理由,如果你还没相信的话。

好吧,也许你认为建设一个迷你太阳仍然听起来有点危险,但它们会实际上会比其他大多数类型的发电厂更安全。聚变反应堆不像一个核电厂,可以灾难性的,产生自身融化;如果约束失败,那么的等离子将扩散然而冷却N反应也会停止。简单地说,它不是一个炸弹,释放放射性的燃料氚,可能对环境造成威胁,氚可以与氧结合,产生放射性的水,这要是渗透到环境中可能造成危险。幸运的是,没有几克的氚现在在使用中,因此泄漏会很快稀释。,

所以,我们只是告诉你有几乎是将有无限的能量,在不牺牲环境的情况下,只需要使用简单的水。那么,有什么内幕吗?成本。我们根本不知道,聚变发电是否商业上可行,即使可以做到,建造它也可能十分昂贵,它的主要缺点就是这项技术并没有被证明可行,这是一个十亿美元的赌注。这些钱用在其他已被证明有实用性的清洁能源上可能会更好。也许我们应该减少损失,不过嘛,当回报是产生无限的清洁能源时,或许冒这个险还是值得的?

【本文由“科学探索怪”发布,2017年4月8日】

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