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地球靠什么能源“流浪”？可控核聚变了解一下( 二 )


地球靠什么能源“流浪”？可控核聚变了解一下

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聚变反应释放出能量
聚变能是指小质量的原子核合成一个较大的原子核同时放出能量, 根据著名的爱因斯坦质能公式E=mc2 ， 反应过程中出现的质量亏损转化为巨大的能量释放出来 。因此 ， 聚变能可作为支撑“地球流浪”的能量来源 。
三、地球流浪的能源之路
影片中 ， 最引人注目的自然要数重聚变发动机 ， 高度达11公里 ， 比珠峰朗玛峰还高2.2公里 。每台发动机能提供150亿吨的推力 ， 而这样的发动机在欧亚大陆和美洲大陆总共有一万多台 ， 共提供150万亿吨的推力 。
重聚变 ， 顾名思义 ， 就是由重原子进行的核聚变 。如前所言 ， 目前人类能做到的 ， 还只是利用氢原子进行的不可控核聚变(氢弹) 。
而小说和电影中利用岩石为主要燃料进行核聚变 ， 需要更大的温度压强才能实现 。
地球上岩石的主要成分是“硅” ， 根据天文学研究 ， 大质量恒星后期的聚变反应就是“重聚变” 。从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是：硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56 。在这个聚变过程中 ， 释放出大量能量 ， 比氢弹爆炸释放的能量多太多了 。
核聚变走到铁这一步 ， 就不再释放能量 ， 而是吸收能量 。所以重聚变最后产生的废渣就是铁 。正是有了重聚变发动机 ， 才能让“流浪地球”计划成功 ， 因为岩石在地球上到处都是 ， 提供了无穷无尽的燃料 ， 也为地下生存的人类提供赖以生存的能源 。
但是 ， 它们发生核聚变反应的条件太过苛刻 ， 需要的压力和温度是现实生活中很难办到的 。
轻核聚变能是目前最具发展前景的新兴能源 ， 其主要潜力在于：
(1)用于聚变反应的原料极其丰富 。核聚变所需的燃料为氢的同位素氘、氚 ， 这两种元素在地球上蕴藏极其丰富 。据计算 ， 每升海水中含30毫克的氘 ， 其聚变产生的能量相当于300升汽油所产生的能量 。一座100万千瓦的核聚变电站 ， 每年只需消耗304千克的氘 。天然存在于海水中的氘约有45亿吨 ， 按目前世界能源的消耗水平 ， 可供人类使用上亿年 ， 可以说是取之不尽用之不竭；
(2)聚变能既清洁又安全 。目前的核电站是利用原子核裂变产生能量 ， 其主要原料为铀 ， 铀核裂变产生的废料为放射性物质 ， 半衰期长 ， 如果处置不当 ， 将污染环境 ， 威胁人类健康 。因此目前关于核裂变产生的废料处理仍是一个世界难题 。
而核聚变产生的废料为氦气 ， 不具有放射性 ， 因此也就不存在核废料的处理难题 。
既然聚变有如此之多的好处 ， 堪称人类未来的希望 ， 那么聚变能开发到现在又是何种状况呢？
四、世界范围的可控聚变发展情况
目前 ， 人类已经实现了核聚变 ， 如氢弹的爆炸 ， 但这属于不可控的核聚变 。人类如果要将核聚变的能量真正利用起来 ， 就必须对核聚变的速度和规模进行控制 ， 并将能量持续、平稳的输出 。
但是 ， 产生可控核聚变的条件非常苛刻 。以太阳为例 ， 其核心温度高达1500万摄氏度 ， 另外还需有巨大压力才能产生核聚变 ， 但地球上没有办法获得如此大的压力 ， 只能通过提高温度来弥补 。
然而 ， 温度必须达到上亿度才行 。因此 ， 人们通常又将核聚变装置称为“人造太阳” 。
由于地球上没有任何一种固体物质能够承受上亿度的高温 ， 因此 ， 目前科学家主要通过两种方式来实现 。
激光约束(惯性约束)核聚变(如我国的神光计划 ， 美国的国家点火计划都是这种形式)其中一个方案为：在一个直径约为400μm的小球内充以30-100大气压的氘-氚混合气体 ， 让强劲率激光(目前达到1012W ， 争取1014W)均匀地从四面八方照射小球 ， 使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍 ， 温度达到108K而引起聚变反应 。它的特点是反应时间短 ， 能量不能稳定输出 。


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