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风暴魔域人工客服电话:可控核聚變的發展歷程和現狀探析

時間:2019-05-24 來源:中國高新科技 作者:余奧飛 本文字數:3583字

风暴魔域挂机刷魔石,快速培养幻兽升星教程 www.awyiy.icu   摘    要: 能源是人類發展的基礎, 核聚變則因其安全高效、釋放能量巨大等特點而備受矚目。文章首先介紹核能的應用現狀與背景, 研究核聚變的有關知識和原理, 探討可控核聚變的發展歷程和現狀, 并對不同時期和方式的可控核聚變進行探究, 對核聚變的應用進行總結與展望。

  關鍵詞: 核能; 核聚變; 新能源;

  0、 引言

  在當今世界, 能源已成為一個日益重要的問題。目前, 化石能源產生的化學能仍然是能源的主要來源, 大規模利用化石能源和溫室氣體排放造成的環境污染和全球變暖給社會的可持續發展帶來嚴峻挑戰, 體現在經濟等多方面, 甚至影響人類的生存。同時, 由于化石能源的不可再生性, 隨著人類的不斷發展和利用, 化石能源將逐漸減少并最終面臨枯竭, 這可能導致嚴重的能源?;?。人類對新能源有著前所未有的期望。核聚變及其優勢已成為解決人類能源?;羈贍艿耐揪?。

可控核聚變的發展歷程和現狀探析

  本文在查閱大量資料的基礎上, 以核能應用現狀及背景、核聚變原理及方法、核聚變的總結與展望3個??? 對核聚變目前的發展狀況及前景進行介紹。

  1、 核能應用現狀與背景

  核能的開發利用是現代能源史上的一個重要里程碑。早在1942年12月2日, 費米就建造了第一座核裂變鏈反應堆, 并逐步掌握了核能。與化學反應不同, 核能通過核反應, 從一個元素到另一個元素或同位素將核結構從一個核轉換為另一個核, 從而產生釋放能量的質量損失。

  根據質量能量公式, 當核反應成為另一個元素時, 該元素釋放核中包含的大量核能。愛因斯坦能量和質量轉換的公式是:

  式中, E為能量, 單位為J;m為質量, 單位為kg;c為真空中的光速, 為3×108m/s。由于c2的數值很大, 所以質量很小的物質便可以轉換成巨大的能量。

  目前, 核裂變和核聚變是獲得核能的兩種途徑, 相應的能量是核裂變能和核聚變能。核裂變有兩種, 自發核裂變和人工核裂變。它通常是指較重的激發態核破壞屏障并分裂成兩個相似質量的較輕核, 并由于某些內部機制而產生質量損失。能源的釋放已達到工業應用的規模, 核聚變目前僅用于軍事領域, 即制造氫彈。

  2、 核聚變

  受控核聚變反應堆是滿足核聚變條件以利用其能量的裝置。目前, 有兩種主流方法:一種是磁約束核聚變, 另一種是慣性約束核聚變。當然, 隨著科學技術的發展, 世界上出現了許多新方法, 本文統稱為非常規核聚變反應方法。

  2.1、 核聚變的原理

  核聚變也稱為核聚變或熱核反應。原理是小質量原子 (主要稱為氦原子) 在極高的溫度和壓力條件下可以相互結合并相互碰撞, 使兩個核心相互吸引和碰撞。這會產生新的和更重的核心 (例如氦氣) 并產生質量損失。由于原子核之間的融合需要達到飛秒水平, 原子需要大量的動能來克服庫侖勢壘, 因此核聚變需要在極高的溫度下進行。核聚變不太可能發生和控制, 而不是核裂變。核聚變具有以下優于核裂變的優點: (1) 核聚變可釋放出比核裂變更大的能量; (2) 沒有高端核廢料, 對環境無重大污染; (3) 提供足夠的燃料。地球含有大約10萬億噸的重氫 (海水中的鍶含量為30毫克/升, 鍶在海水中的融合產生的能量和300升汽油的燃燒能量) 。根據這種計算, 地球上包含的聚變燃料足以供將來使用, 并且在某種意義上可以說是無限豐富的。

  2.1.1、 可控的意義

  要想明白人類追求技術的意義, 首先要明白什么是可控??煽? 是指事物能夠按照人類的預期和把控的節奏進行發展。簡單來說, 就是能讓事物按人類的思想運動。其實, 每當一種力被人類理解時, 人類歷史就會發生巨大變化。世界上所有物體的作用方式都能被分解為引力和電磁力, 正是牛頓的力學思想和后世諸如法拉第麥克斯韋的研究讓人類掌握了這兩種力。而核聚變作為人類掌握最后兩種力——強核力、弱核力的代表, 將決定人類接下來的命運。

  2.1.2 、主流的核聚變方案

  (1) “第一代”核聚變反應。通過電解水 (主要是氦和氖) 然后加熱氫來產生。此時, 氫氣變為離子狀態, 然后氫氣被壓縮, 使得它們彼此足夠接近以進行核聚變并釋放大量能量。氘和氚之間的聚變反應產生中子并釋放17.6MeV的能量 (兩個鉍的聚變反應釋放約14.1MeV) 。其核反應方程是:

  該核反應的缺點是會產生中子, 所以氘氚聚變只能算“第一代”聚變。

  (2) “第二代”核聚變反應。第二代核聚變反應是氘和氦3反應, 反應步驟和原理可以參考第一代, 反應本身不產生中子, 但由于存在有氘, 氘反應也產生中子, 但總量非常小。

  (3) “第三代”核聚變反應。“第三代”融合是讓氦3和氦3反應, 融合后就沒有中子, 可以說是最終的融合。

  這里應該提到核聚變反應方法和恒星太陽方程不同于這3種類型:太陽現在主要是碳循環的核反應, 其中沒有產生自由中子, 核心溫度不足以使質子直接碰撞, 因此可以通過量子隧穿實現反應。

  2.2、 磁約束核聚變

  在控制核聚變中, 必須說到磁約束核聚變。磁約束核聚變的原理是利用具有特定形狀的強磁場來約束和壓縮高溫等離子體, 以實現受控核聚變的點火條件, 從而實現連續可控的核聚變反應。對于氘氚聚變反應來說, 條件是:溫度較高, 離子密度要求大于1個/m3, 約束時間大于1s。這是迄今為止在核聚變領域投入, 最多的研究。該研究的重點主要是托卡馬克的研究 (如國際熱核聚變實驗) 。國際熱核實驗反應堆 (ITER) 項目以及在這方面取得的成果也是最有希望的。1997年, 歐洲聯合環裝置的核聚變能力超過16MW。日本的JT-60U設備也達到了輸入功率比大于1的聚變功率, 并證實了受控核聚變的可行性。

  2.3、 慣性約束核聚變

  慣性約束核聚變是實現核聚變的另一種方式。慣性約束核聚變的方法是將幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體 (或鋰) 放入直徑約為幾毫米的小球體中, 并均勻地注入激光束或粒子束。在外面, 球形表面吸收能量并向外蒸發。由于其反應, 球面的內表面向內壓 (反作用力是慣性力, 受氣體約束, 因此慣性約束) , 球中的氣體被擠壓, 溫度上升到所需的點火溫度 (大約幾十億℃) 。最后, 球中的氣體熔化并產生大量熱量。這種爆炸過程非常短, 反應不能連續進行。但是, 如果在幾秒鐘內發生3~4次這樣的爆炸并繼續, 那么釋放的能量可以與100萬kW的發電站進行比較。此外, 由于驅動源和熔融疊層在空間上彼此分離, 慣性約束的熔融疊層將比磁約束疊層更容易熔合。

  2.4、 目前面臨的問題

  目前, 核聚變所面臨的難點主要是等離子體的不穩定行為和容器材料的問題。這是當前核聚變的難點, 尤其是等離子體的不穩定行為是目前的主要問題。等離子體的非線性行為一直困擾著人類, 目前還沒有好的解決方案。而且, 從商業角度來看, 聚變反應堆功率太低而不能商業化。

  2.5 、非常規核聚變反應

  以下兩種方法是本文作者在探究核聚變的過程中通過思考最終在信息媒介中找到的方法。

  2.5.1、 μ子催化核聚變反應

  當核反應類似于化學反應時, 我們正在考慮核反應是否具有催化劑, 由此發現μ子催化核聚變反應。核心的內部結構復雜而穩定, 如果輕核外部的電子被μ子替換, 則核的穩定性可能大大降低, 并且更可能發生兩個核之間的聚變反應。在實驗中, 發現當μ子在液態氫中緩和至僅幾eV (電子伏特) 時, 它很容易被原子核的正電荷吸引, 從而形成μ子型分子和核聚變反應, 可以提高大約80個數量級。此外, μ子核聚變反應也可釋放μ子, 其可繼續催化新一輪核聚變反應, 從而形成類似于核裂變反應的鏈式反應過程。μ子催化比傳統的核聚變反應具有更多優點。

  2.5.2、 General Fusion的方法

  General Fusion是一家致力于商業核聚變的公司。他們的方法是首先在100萬A和1000kV燃料的條件下在反應堆外產生超過500萬℃的等離子球;然后是氘-氚等離子體顆粒進入液體鉛的旋轉渦流, 向內擠壓通過一組蒸汽活塞, 壓縮壓力將等離子球加熱到1.5億℃。如果在幾微秒內達到所需壓力, 則等離子體將內爆并產生核聚變條件, 最終產生100~200MW的電能。他們擁有非常好的儀器, 并且在將可來以達到將等離子體壓縮到核聚變所需的水平。

  3、 總結與展望

  能源作為人類生存發展的基礎, 是人類科技發展中最重要的課題。而核聚變作為目前最有可能讓人類擺脫能源?;囊淮文茉? 人類也投入了大量精力進行研究。筆者一直以來對核能相關議題比較關注, 在查閱相關資料后, 經過自身消化總結給出自己的理解和知識圖譜。本文首先總結了目前人類核聚變的研究進展, 進而介紹了一些非常規的核聚變方式, 并在這個過程中引入思考給出自身理解。如果可控核聚變能夠邁出商業化應用這重要一步, 全球性能源問題必將大大改觀, 世界現有的能源供給和需求格局也將重新洗牌, 在充足、高效的能源供給下, 航天飛行器將在外太空探索中走得更遠, 人類社會文明將得到更高速的發展。最后, 回到能源角度, 只靠核能不能完全解決能源?;? 提高輸送能源的效率, 以及人類自身對能源的節約都是十分重要的一環。

  參考文獻

  [1]孫小軍, 余呈剛.核裂變現象及其研究現狀[J].廣西物理, 2010 (2) :14-19.
  [2]陳偉, 張軍, 李桂菊.核電技術現狀與研究進展[J].世界科技研究與發展, 2007 (5) :81-86, 106.
  [3]方延平, 戴革林, 王保成, 等.核聚變——消除人類能源?;募檬懶擠絒J].物理與工程, 2005 (2) :33-35.
  [4]譚寶林, 潘傳紅, 郝穎.對受控核聚變研究途徑的再思考[J].自然雜志, 2002 (6) :348-351.

    論文來源參考:余奧飛.核聚變原理及其方式探究[J].中國高新科技,2019(01):112-114.
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