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        淺析核聚變對未來能源發(fā)展的重要性

        2016-04-27 02:06:51董寅
        關(guān)鍵詞:核聚變每千克化石

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        淺析核聚變對未來能源發(fā)展的重要性

        ■董寅

        在科技飛速發(fā)展的時代,人類對能源的需求越來越高。然而,也伴隨著地球資源的巨大消耗,人類繼續(xù)尋找可替代的清潔能源。于是,核聚變應(yīng)運(yùn)而生。

        一個簡簡單單的方程式,卻蘊(yùn)含著人們對未來能源的無限想象。

        核聚變,顧名思義,即氘核與氚核聚變形成一個氦核并釋放出一個中子和大量能量。相對于裂變來說,聚變反應(yīng)具有更大的發(fā)展空間。首先,輕核聚變產(chǎn)能效率較高,相同質(zhì)量的核燃料,聚變產(chǎn)生的能量更多,一個氘核和氚核聚變便可釋放出17.6 MeV能量;其次,地球上聚變?nèi)剂系漠a(chǎn)量更豐富,每升水中含有0.03 g氘,而地球上氘的總量可達(dá)40萬億噸;再者,氫核聚變更為安全,清潔。鈾核裂變會產(chǎn)生大量放射性物質(zhì),難以清除,而輕核聚變的放射性廢物主要是泄漏的氘,以及其他物質(zhì),廢物少且更容易處理。

        傳統(tǒng)的化石能源,其形成過程需要上萬年的時間,且釋放的二氧化碳會加劇地球的溫室效應(yīng)。如每千克甲烷可釋放出50 200 J的熱量,其溫室效應(yīng)是二氧化碳的25倍,而每千克熱核聚變?nèi)剂暇圩兯懦龅哪芰渴?74.4萬億焦,相當(dāng)于12 800 t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒放出的熱量,其對環(huán)境的污染也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)化石能源??梢姡鳛橐环N新型能源,核聚變能的發(fā)展空間是不容小覷的。

        而核聚變是一個很難控制的反應(yīng),這需要極高的溫度來加速布朗運(yùn)動,從而使氫原子沖破靜電力的作用,被核力(一種強(qiáng)相互作用力)所吸引,并放出巨大能量,但地球上沒有任何一種材料能承受上億攝氏度的溫度。“為什么不讓粒子在運(yùn)動的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)聚變呢?”根據(jù)電流的磁效應(yīng),我們可以利用強(qiáng)大的電流制造出強(qiáng)大的磁場,(qvB=mv2r-1)在速度一定的情況下,磁場越強(qiáng),粒子運(yùn)動半徑越小,從而使高溫下的等離子體被約束在一個極小的空間內(nèi),避免了粒子的飛散。但這種方法所需成本過高,對于工業(yè)生產(chǎn)并不適用。

        還有一種方法是慣性約束,主要是把氘和氚的混合物集中在一個極小的球體內(nèi),利用激光照射小球,在高溫下,小球內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的反沖力,從而將氘和氚“擠壓”成氦核,由于質(zhì)量虧損,釋放出巨大能量。這種方法所釋放的能量,相當(dāng)于百萬千瓦級的發(fā)電站,具有可觀的前景。

        然而,由于氘核提取的困難以及為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,人類不得不轉(zhuǎn)向新的目標(biāo)。阿波羅探月計劃表明,月球上存儲的氦-3可以百萬噸計算??茖W(xué)家表示,氦-3可在核聚變中釋放出大量能量,而且?guī)缀醪划a(chǎn)生放射性污染,被認(rèn)為是21世紀(jì)人類社會的完美原料。于是,人們把開采月球上的氦-3認(rèn)為是一項(xiàng)“具有神奇色彩的潛力工程”。

        科學(xué)如同浩瀚的宇宙,而我們所掌握的只不過是茫茫宇宙中的一粒塵埃。核聚變對于物理學(xué)的發(fā)展,乃至對人類生存都有著十分重大的影響。面對能源危機(jī),化石能源被新型能源所取代,絕不只是天方夜譚,核聚變必然會在其中扮演一個重要的角色,世界能源的格局也必然會因核聚變而發(fā)生重大的改變。

        作者單位:河南省駐馬店高級中學(xué)583班

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