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可控核聚变,突破文明的疆界!

太阳——50亿年来照耀着地球上的河流山川,孕育了世间万物,更点燃了人类文明。但是直到20世纪,人类才终于明白太阳之所以炙热,一切都来源于体内永不停息的核聚变反应 —— 通过氢的两种同位素“氘”与“氚”原子聚合为一个较重的原子,并释放出巨大的能量。

爱因斯坦的质能方程E=mc2告诉我们,原子核发生聚变时,有一部分质量转化为能量释放出来,只要微量的质量就可以转化成很大的能量。

核聚变反应的原理很好理解,但要实现却十分艰难。今天,拥有或号称拥有核武器的国家有十余个,但大多数只是重复了二战水平的原子弹,真正掌握聚变核武器——氢弹的国家仍然只有美、俄、英、法、中五国。不过氢弹一旦爆炸就无法控制,人类要真正掌握聚变产生的无尽能源,其挑战之大仍然超出了现有技术的界限。

首先,作为核聚变反应体的混合气体必须被加热到等离子态——也就是温度足够高,使得电子能脱离原子核的束缚、原子核能自由运动——这时才可能使原子核发生直接接触——这大约需要10万摄氏度的温度。

其次,为了克服原子核之间相互排斥的,需要以极快的速度运行。要想达到这个速度,必须继续加温到上亿摄氏度。这样,氚的原子核和氘的原子核才能获得足够大的速度发生碰撞,引发核聚变反应释放出能量。

然而,迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的结构物,更不要说上亿摄氏度了。这就是为什么氢弹已经诞生了半个多世纪,人类还没能有效的从核聚变中获取能量的原因。

今天,科学家们设计出两种装置,可望实现对聚变过程的有效控制,让能量持续稳定的输出。

第一种是磁约束可控核聚变,其核心装置叫作“托克马克”环。简单的讲它是一个具有超强磁场的圆环装置,可以通过电磁力将超高温等离子体约束在环体中进行聚变反应。同时,超高温等离子体是悬空的、因此环体部件的温度可以在现有材料接受的范围内。

第二种是惯性约束核聚变。这一方法是将几毫克的氘和氚混合气体装入直径约几毫米的小球内,然后从外面均匀射入激光束或粒子束,球面内层因而向内挤压。球内气体受到挤压,压力升高,温度也急剧升高,当温度达到需要的点火温度时,球内物质发生聚变反应。这样的爆炸每秒钟发生三四次,并持续不断地进行下去,就可以释放出足够多的能量。


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