人造太阳1亿度(人造太阳1亿度机器不会融化掉吗)

更新时间:2023-03-03 01:36:18 阅读: 评论:0

如何看待人造太阳在中国达到了一亿度,是世界最高记录吗?

太阳是人类赖以生存的资源。人类离不开太阳,地球上的生态也离不开太阳。如果有一天太阳不再照耀,那么地球上的植物就不会产生光合作用,没有光合作用的植物就不会给地球提供氧气。那时,人类将无法呼吸。太阳是地球上广泛存在的能源。现在很多电子产品都可以通过太阳能发电。但是人类担心太阳有一天会失去生命,所以想制造一个人造太阳来阻止那一天的到来,如果人造太阳能够发明成功,那么整个世界的科技都会得到提升。

一、韩国曾经实现了一亿度太阳,持续了30秒,这对于韩国来说是一个很大的突破,全世界都震惊于这个实验能在韩国这样的泡菜小国完成。既然韩国能完成这个实验,中国这样的大国怎么能不做呢,现实是,中国不仅完成了,而且比韩国好了不止一点点。

二、这意味着中国的科技已经到了世界领先的阶段。如果人造太阳能制造成功,许多能源问题就能解决。而且人造太阳比人类目前使用的核辐射资源更稳定,能产生更多的资源。届时,人类将能够独立生产能源,而不是从地球上汲取能源。人类将不再需要担心能源问题,登陆火星不再困难,也不用担心飞船能量不足。

三、该实验拓展了聚变堆高性能等离子体稳态高约束模式的运行范围,获得的实验参数接近未来聚变堆稳态运行模式所需的物理条件。为未来ITER运行和正在进行的中国聚变工程实验堆CFETR工程和物理设计提供了重要的实验依据和科学支撑,迈出了关键一步。中国已经成功发明和研究了一个温度为1.6亿度的人造太阳,这个人造太阳可以持续20秒。虽然时间不长,但这个温度甚至比太阳表面的温度还要高,打破了新的世界纪录,震惊了所有国家。


1亿度的高温是怎么测出来的

几天前,中国“人造太阳”EAST成功实现1056秒长脉冲高参数等离子体运行,

等离子体中心温度达到1亿多度,厉害了我的国。

那么问题来了

你知道这么高的温度是怎么测出来的吗?

初中物理学过:物质是由许多微粒组成的,这些微粒无时无刻不在做着无规则的运动。

温度越高,其运动速度也越快

温度越低,运动速度越慢

也就是说温度是构成物体的微粒的“平均动能”的量度。

当微粒停止运动的时候,此时的温度就为“绝对零度”。

测量温度一般有两种方式: 测量这个量本身,或者测量温度所引起的其他效果间接测量温度。

一般我们都是测量温度引起的其他效果,

例如我们最常用的水银温度计,就是利用温度变化引起的 热胀冷缩效应; 测温枪利用的是不同温度的物体会 发出不同的红外线 的原理。

可是人造太阳中等离子体的温度高达1亿多度,显然不能用温度计或测温枪去测。

要想测量这么高的温度,得从温度本质出发,测量微粒运动的速度。

人造太阳中的微粒是等离子体(电子和离子),测量等离子体有两种方法。

1)利用洛伦兹力

当电子在磁场中运动时,会受到“洛伦兹力”的作用而运动。(没错,就是你用右手螺旋定则判断的那个洛伦兹力)

而电子在做运动时其本身会发射电磁波,电磁波的频率和运动速度有关,所以只要测的电磁波的频率,就可以得出电子运动的速度,从而测量出其温度。

2)利用多普勒效应

如果向等离子体中发出一束激光,那么激光就会与其中的电子发生相互作用,发生散射。

由于散射出来的激光受到了电子本身运动的影响,频率会产生变化。

通过测量这一频率的变化,就可以算出电子的运动速度,从而得到等离子体的温度。

韩国核聚变实验打破世界纪录:控制1亿度高温的等离子体运转20秒

韩国超导托卡马克领航者(KSTAR)是一种超导聚变设备,也被称为韩国人造太阳。它刚刚打破了世界纪录,成功地将高温等离子体保持了20秒,其温度超过1亿度。

韩国聚变能研究所(KEF)的KSTAR研究中心宣布,在与首尔国立大学(SNU)和美国哥伦比亚大学的联合实验中,成功地使温度高于1亿度的等离子体连续运行20秒,这是KSTAR等离子驱动核聚变的核心条件之一

在2019年,KSTAR等离子体持续了8秒。而在2018年的实验中,KSTAR首次让1亿度的等离子体滞留了约1.5秒。

为了重现太阳中发生的聚变反应,必须将氢同位素放置在像KSTAR这样的聚变设备内部,制造出等离子体态——该状态下原子核和电子分离——且离子必须被加热并维持在高温下。

到目前为止,还有其他融合设备可以对1亿度或更高温度下的等离子体进行简单管理。但它们都尚无办法将操作维持10秒或更长的时间——这是正常导电装置的操作极限——且难以在这样的高温下长时间地在融合装置中维持稳定的等离子体状态。

上个月的实验里,KSTAR改进了内部传输屏障(ITB)模式的性能,并成功地长时间维持了等离子体态,突破了控制超高温等离子体的瓶颈。

KSTAR的最终目标是到2025年成功实现300秒连续运行。

https://phys.org/news/2020-12-korean-artificial-sun-world-c-long.html

被“1亿摄氏度100秒”烫醒,不用电空调也来向地球要核能

向地球要核能?这不是胡扯嘛!地球只是行星没有核聚变,哪来的核能?——地球当然有核能!而且是草船借箭来的,是恒星太阳核聚变产生、又辐射到地球上的太阳能。

有报导称,中科院合肥物质科学研究院有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置,将于4月底前挑战芯部电子温度1亿摄氏度、100秒长脉冲等离子体的科研新目标。

人类早已掌握氢弹这样的不可控核聚变技术,但是它生成的巨大核能是人类控制不了的、还将毁灭地球。“人造太阳”是可控核聚变,人为可控,才可以利用地球上几乎取之不尽的原材料,持续生成安全核能,再热能发电,将这些核能转化为电能来满足人类对清洁能源的需求,取代传统化石能源,用之不竭的核能将成为人类梦寐以求的一种“终极能源”。在这一条“终极能源”路径上,如何安全可控地生产核能是难题和关键,“人造太阳”这次1亿摄氏度100秒的成功,将把可控核聚变技术推向新高度。

其实除了“人造太阳”的艰辛 探索 ,还有另外一条潜在的“终极能源”路径,那就是如何开发利用好源源不断安全抵达地球的太阳核能:人类已经有许多技术,将地球接收的太阳能转化为电能来服务人类。其中,人类寄予厚望的是氢能和光伏发电,但是氢能和光伏发电仍存在各自的问题,只能将这些太阳能的小部分转化为电能,大部分到达地表成为废热,再向大气层外辐射回去,而且因为温室效应,这些废热还不能很好地辐射到大气层外,被阻滞在地气系统之内,加剧了气候变暖。一方面,无尽的太阳能白白浪费、不能用作“终极能源”;另一方面,光伏发电、氢能转化的能源,相比人类需求仍然“缺口”巨大,人类还要另外 探索 “人造太阳”作为“终极能源”。

如何可控、充分、自由地转化地球获取的太阳能,是这一条“终极能源”路径上的难题和关键,需要颠覆性技术来攻克它——河南省许昌市朱若东先生发明的钳温器的专利技术,可以越过天堑变通途。

钳温器专利名称中的钳温是制冷的同义词,“自源.钳温”翻译成生活化语言,就是“不用电制冷”,简称为“不用电空调”【废热钳制控制方法与自源式钳温器、车辆(专利号:ZL201710275353.6)和实用新型专利自源式废热钳温器和车辆(专利号:ZL201720439289.6 )】。钳温器彻底突破了传统空调“逆卡诺循环、通过“热交换”在封闭空间制冷空气”的技术框架,构造了“目标物废热从高温端自行传递向低温端的路径”。钳温器可以直接钳温固体目标物热源,理论上可以是地球,以目标物自身的废热为工作能源,自源地“热转化”为电能而完成钳温。直接钳温固体目标物热源,是其优于传统空调只能制冷环境空气的应用特色。钳温的路径分为三部分:a、主体部分的热管,是废热自行传递的通道;b、被钳温的目标物热源作为高温热源连通热管的热端,虽然自身不断积聚废热,但是可以通过热管、更多地传递出自身热量而降温;c、由固-固、固-液相变材料构成的蓄热器,一个端面连通热管冷端,接受来自目标物的废热,另一端面连通温差发电器、将已经暂时储存的废热,再热电转化掉,成为有用的电能,动态保持蓄热器始终处于潜热状态,就可以在潜热时段内,其稳定的相变温度就形成一个温度平台,连通热管冷端成为其稳定的冷端温度,从而使路径自行工作,直至目标物作为热管热端、其温度被钳温到热管冷端的相变温度。

虽然钳温器的热能转化部件选择温差发电器时,也需要温差,但此温差非彼温差,温差发电部件的只是工作温差,不是传统空调的环境温差。温差发电的工作温差远离目标物热源,其温差区域小、差值小,还可以用已经转得到化的电能维持住这个温差,这个工作温差可以简单、易行、经济地获得,即使这样,已经有更好技术可以优化掉温差发电,使钳温器的应用不再受温差的限制。

钳温器是同时具备“自源钳温”、“废热发电”两种功能的嵌合体,这个特色才是它向地球要核能的绝活儿。“自源钳温”实现了钳温不耗电,不但不耗电,“废热发电”将废热转化为电能,额外获得清洁能源。

这个嵌合特色,钳温器用于钳温时还额外获得电能。很明显,通过对墙壁等固体目标物钳温,由墙壁再间接钳温室内空气,就可以钳温室内环境温度,发挥传统空调的制冷功能,而传统空调的制冷,既高耗电又向大气排放废热。钳温器不用电空调作为空调用途,是全面优于传统空调的,具备 社会 化应用的趋势,而一旦 社会 化使用,无数钳温器就等效出一个可以对地球钳温的巨钳温器。

这个嵌合特色,也使得钳温器发电时还额外对目标物钳温。一家一户的单个钳温器,体现不出地球废热发电的威力,但是宏观上的巨钳温器,同样具有嵌合特色,就探囊取物般地把太阳辐射进入地球的废热,再随心所欲地取出、转化为电能,显现太阳能的高效利用和“可持续循环”。巨钳温器把地球废热(相当部分来自太阳能的辐射)“废热发电”的过程,同步也是对地球“自源钳温”的过程,在向地球要太阳能时还制冷地球——地球“废热发电”,太阳能废热转化为电能,不再被排放进入大气,减少了热量在地气系统的积聚;同步,地球“自源钳温”不耗电,也因此不排放二氧化碳,就意味着地球捂的被子变薄了,减轻了大气层对地球废热向大气层外辐射回去的拦截。两个同步过程中都减少了地气系统的热量积聚,都减轻了温室效应、气候变暖。也就是说,巨钳温器对地球钳温,同步也是利用地球太阳能废热发电,是符合碳中和方向的清洁技术。巨钳温器也激活了地球这个天然蓄热器,使人类可以随时随地从地球中取出太阳能废热,热电转化充分满足人类,随用随取、不用不取,充分发挥灵活资源的优势。

人造太阳有什么用?

太阳释放的能量,对于地球上的动物,植物来说都非常重要。植物光合作用,动物的呼吸与太阳的关系非常密切,而它也是地表能量的主要摄取来源。而能源对于人类来说,更是不可缺少的东西,目前为止,绝大多数国家使用的大部分能源摄取来源都是化石能源,随着工业的更新换代,大多数国家也都使用上了少量的清洁能源 比如核能,太阳能和风能。

除了这些能量的来源之外,还有另一个来源方式,那就是可控核聚变,也就是“人造太阳”,可控核聚变被众多科学家认为是能够使完全人类摆脱能源危机的能源获取方式!自从核聚变被科学家们了解之后,他们就一直在做出努力,其中不缺乏中国的踪迹。

而目前为止,全世界所有国家中,可控核聚变能够走在技术前列的国家也很少,很庆幸中国能够当中“领头羊”。核聚变是利用氢的同位素“氘”和“氚”聚合成“氦”等分子质量较大的元素的过程,这个过程会释放出巨大能量!所以“氢弹”就是一个非常可怕的存在!

核聚变的能量让人类看到了能源希望,但是最大的遗憾就是不能非常有效将它利用起来,也就是控制起来,一旦操作失误,就会像“氢弹”爆炸一般。而目前最有效的控制方式就是通过磁场约束,这类装置一般被称为“托卡马克装置”。

中国的可控核聚变技术可以说是走在世界前列的,前段时间,我国的工程师们宣布我国的“中国环流器2号装置”将核聚变产生的高温成功约束在了装置的内部,温度高达5000万度,约束时间也是达到了前所未有的101.2秒,这个约束时间让许多国家的“人造太阳”都望尘莫及。

一但磁场内约束时间能够被人类控制,时间可长可短,到那个时候,中国或者乃至世界都可以完全告别使用化石能源得时代,使人类进入一级文明。

发电,主要是用于科学研究,人造的太阳实际上就是光和热的产物,产出的这些东西是否会对人体,对物质,对生物,对植物,对动物,对土壤对环境有什么样的影响,可以作为科学的依据,而且在人造太阳的环境下,会产生什么样的变化,以及创造什么样的东西,都会有相应的研究,这样的,有研究成果之后,再利用人造太阳进行其他的一些实验,或者创造一些其他的未知的东西,都是对人类发展和 探索 未知领域,能做出突出的贡献。

首先介绍一下什么是人造太阳,人造太阳是科学家模拟太阳内部核聚变反应,制造的一种核聚变实验装置。

那么科学家为什么要制造这种装置呢?大家知道,太阳是地球上一切生物的能量之源,太阳能可以用来发电,因此,模拟太阳内部的核聚变,就相当于在地球上再造了一个迷你型的人工太阳。更重要的是,核聚变所产生的能量是非常高效和巨大的。比如氢弹,他所产生的能量比核裂变的原子弹要大得多。而且没有核污染。因此科学家希望通过人造太阳装置,在未来,将之运用于人工发电。将氘和氚核聚变产生的核能转变成电能。因为核聚变的氘和氚可以直接从海水中获取,可以说取之不尽,用之不竭。而且核聚变过程是没有核污染的,是洁净能源。所以一但人造太阳装置研究成功,人类将彻底摆脱能源问题。

到目前为止,我国在人造太阳研究上处于世界前列,已经实现了1亿度的高温,100多秒的连续放电,相信在不久的将来,人造太阳一定可以研发成功。造福全人类。

人造太阳是不科学的,会对生态系统带来巨大的紊乱,如同有人想炸掉月球一样,都是人类作死的行为,应当坚决阻止。

一但人造太阳成功,地球也就没有了黑夜,这将会对夜行动物带来灭顶之灾,特别是对惧光性的动物影响更大,促使生态系统失去平衡。对人类的自身也会产生影响,生活也会发生紊乱。

月球对自然生态有着非常重要的作用,如果没有月球,地球也不会产生生命。一但炸毁月球,很可能地球在太阳系中失去平衡,或许因此而离开太阳系,那么地球就会成为一个毫无生机的死球。

〔宇宙定律〕

一 、物质的电磁力{吸引力}{反推力}

物质存在电磁力,同一种物质介质相互吸引,不是同一种物质介质相互推。多的物质会把少的物质推成圆球,因为两种物质都在推,而且同一种物质任何一点推力都一样大。推力又称为反推力反推力是很均匀的力。被推成球型的物质任何一点向外发出推力都一样大,但两种物质的反推力不一定是一样大。又因两种物质都在使劲推少的物质被迫成圆球。圆球是物质组成的不是空的所以有个球面称为圆球面。圆球面所受到的反推力越往球中心力线越密承受的推力越多。因圆球面任何一点都承受来自各个方向的力必然有一条力线经过球心垂直于球心,所以从球面到球心越往中心垂直力线越密越多所受到反推力也越大。故而球心所承受的反推力最大。故而越远离球心所承受的反推力越小越少。

只要中心有物质压力重力的天体,它的最外层表层必须是球形(圆球),天体的球面如果变成方形……中心不但没有物质压力而且重力也不存在。

二、光聚焦 能量聚焦、热能量聚焦、正负(反)能量聚焦

光与一切物质同在充满整个物质世界。太阳、恒星、一切星系是光聚焦取得能量,只有光永远聚焦才能永远发光发热。我们看到的会发光发热的星星、星系、恒星、太阳、行星中心,行星的卫星中心、地球中心、小行星中心、慧星中心、都是光聚焦的中心。 星星、星系、恒星、太阳、行星的外面外层都有一个圆球面可以光聚焦到中心。圆球面是平凸透镜、凹凸透镜, 只要形成平凸透镜、凹凸透镜就可以光聚焦。

光聚焦……光是用不完的循环的。

三、对环流层{上层与下层对环流}

自转与公转运动的动力层,宇宙间天体的公转自转都是有对环流层推动带动运动的。同一个星球自转有对环流层推动自转……公转有对环流层带动运动,自转与公转运动是二个环流层,二个对环流层不是在同一个中心上的。没有大气层或有大气层大气只对流不进行对环流的星球(孤独行星、流浪行星)、行星、小行星、行星的卫星是一定不会自转的。

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【真实的宇宙形态结构】

宇宙是时间无限空间无涯物质有限世界。空间存在着一个一个大型的物质世界它们是没有相连被真空隔离。各个物质世界都遵循同样的物理规律,我们生活在其中一个大型物质世界里。

我们的大型物质世界最多最外层的物质紧紧的吸引在一起它的外型是可以任何形态。它把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个大圆球都有一个圆球面及一个中心,我们就在其中一个大圆球面里面。这个大圆球内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心,其中一个大圆球就是我们的圆球……………………总星系。总星系有一个圆球面及一个中心。在总星系圆球面内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的大圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心。其中一个大圆球就是我们的圆球银河系它有一个圆球面及一个中心。银河系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心,其中一个大圆球就是我们的圆球太阳系它有一个圆球面及一个中心,太阳系内最多的物质又把比它少的一切各种各样不相混合的物质反推成一个一个许许多的圆球每一个圆球都有一个圆球面及一个中心,其中一个就是地球系(包括月球),地球是中心它的圆球面在月球之外,地球气态圆球面内的最多气态物质又把月球及其他各种各样不相混合的气态物质反推成一个一个圆球。

这些大大小小从大到小的圆球刚刚形成光‘就聚焦在它们的中心点上使中心发光发热,太阳、行星中心、银河系中心、总星系中心、星系中心、恒星都是有光聚焦才发光发热的。因光聚焦在中心点上发光发热就会发生对流 对环流。每一个中心点上有一组或多组对环流层,接近中心的对环流层可带动中心转动自转,远离中心的对环流层可推动天体、星系、恒星、物体、物质、行星等等绕中心公转。月球有气态层只有局部的对流没有对环流所以没有自转只有公转,月球公转是地球最外面的一组对环流层推动月球绕地球公转的……其它行星的卫星公转类同。靠近地壳的对环流层(有对流层与中间层组成交替环流)带动地球自转其他行星自转类同。地球月球在同一个圆球面内被太阳系的对环流层推动绕太阳公转的其他行星公转类同。太阳系圆球面内全部行星被银河系的对环流层推动绕银河系中心公转的其他恒星系公转类同。银河系圆球面内的恒星系被总星系的对环流层推动绕总星系中心公转的其他星系仙女系公转类同。总星系圆球面内的星系被更大的对环流层推动绕更大的中心公转。就这样以此类推外面外层到底有多少层次我不敢下决定…… 根据天文文明可能有三十六层。我们是被套在圆球内从最大的圆球一直到最小的圆球……大圆球套比它小的圆球。就这样圆球中有圆球,我们是被几十层的圆球套着。

我们都知到人类在地球上存在有 历史 记载算也有几千年了、若按自然生存条件人体能承受的温差在零下二十度至零上50度、因此地球的南北极都不是人居住的地方、就我们中国而言一年分为春、夏、秋、冬、而为什么而分呢、是因气温而定、农民种地分一年两季按时播种收藏、这成了生活的规律、因为有茬稼为夏季作物、有的作物为冬季作物、若人造太阳改变了冬季的气候、哪冬季作物不是不是达不到了它的自然生长环境了吗?这不是人类改变了大自然的环境了吗、人造太阳能发电这是个好事、这个新生事物的产生是利大于弊、还是㢢大于利、我想还是关乎人类生存与国利益之间的大事、我希望 科技 工作者能够全面考虑一下。这是我个人的看法吧。

太阳、是大能量的代表、

人造太阳、表明人类创造的大能量机器、

就是核聚变装置、核聚变装置能够用一百千克的核燃料把一个西湖的水气化、然后用蒸汽推动蒸汽轮机带动发电机发电!推算一下可以发多少电

众所周知,地球上的资源并非取之不尽,用之不竭的。总有一天它们也会枯竭,加上生态环境的恶化,这种枯竭的速度只会更快。寻找与开发新的清洁能源,将成为一种战略必然。

什么是人造太阳:

我国“人造太阳”(EAST)近日首次实现等离子体中心电子温度达1亿度,获得的实验数据为人类开发清洁核聚变能源奠定重要基础。EAST是等离子体所自主设计研制的磁约束核聚变实验装置,目标是让海水中的氘和氚在高温条件下像太阳一样进行核聚变,为人类提供清洁能源,所以也被称为“人造太阳”。

人造太阳有什么用:

“人造太阳”日前取得重大突破,实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦,等离子体中心电子温度首次达到1亿度,获得的多项实验参数,接近未来聚变堆稳态运行模式所需要的物理条件,朝着未来聚变堆实验运行迈出了关键一步,也为人类开发利用核聚变清洁能源奠定了重要的技术基础。

如果核聚变突破了,人类 社会 就突破了能源瓶颈。

具体来说,人造太阳可以发热,主要转化为电能,在能源日益枯竭环境污染的今天,核聚变是人类唯一的出路。因此人类发展将进入超快车道!能源就再也不是人类发展的瓶颈了。

中国的 科技 如此惊人,人造太阳如此高 科技 ,不得不佩服。

“人造太阳”不是真正的太阳,只是仿照太阳发热的原理(核聚变),通过可控核聚变为人类提供稳定的、源源不断的能量,以解决人类将要面对的能源危机。

一、 为什么要制造“人造太阳”?

科学技术的发展和 社会 化生产力不断提高,使能源在国民经济中的位置变得越来越重要,人类也在不断扩大能源的利用范围,例如风能、潮汐能、地热能等能源的使用,同时人类也进入了利用原子核能的新时代。但是总的来看,全世界目前的能源仍以煤、石油、天然气等化石燃料为主。然而,化石燃料是极其宝贵的化工原料,可以提炼加工各种化学纤维、塑料、尼龙、橡胶、化肥等化工产品。将这样好的化工原料熊熊燃烧转化为一部分热量,实在可惜。但人类对化石燃料的需求还是与日俱增。估计全世界煤、石油、天然气的储量只能供人类再使用一百年左右。

人类积极开发的各种新能源,比如:太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能等等,虽都有实用价值,但是从根本上只能作为一种辅助能源。要让这几种能源作为整个 社会 生产和人类生活所需的基本动力来源目前却是不可能的。 核能的利用貌似给能源危机带来曙光,可也隐藏着巨大的危害。 只要燃烧极少的核燃料就可获得巨大的能量。但是,这种核电站是以原子核的裂变反应为基础的,会产生的放射性废物处理比较困难,而且主要核燃料铀的储量相对其它元素来说并不丰富,开采和提炼又十分困难。而且裂变核电站核废料有放射性,处理比较困难,而且因为发展史上一些大事故,比如切诺尔贝利事故和福岛核电站核泄漏事故,让人们对核电站心有余悸,甚至很多国家做出决策不再发展裂变核电站。

目前,唯有一种完全崭新的能源— 原子核的聚变能才是人类未来最理想的新能源。 它的物理基础是轻原子核(氢的同位素氘和氚)发生聚变核反应。它具有许多其它能源都无可比拟的令人神往的突出优点。首先是 原料储量极其丰富 ,因其主要燃料氘跟氧结合成重水存在于海水之中。每公斤海水含氘0.03克。地球上有海水1021千克,含氘3×1016千克,目前全世界能源消耗水乎每年2×1020焦耳,只霜燃烧106千克氘就够了。可见地球上的氘够用3×1010年之久!其次, “燃烧”每单位质量的燃料释放出的能量非常大 ,这是核聚变能源的又一突出优点。“燃烧”一千克氘相当于四千克铀,相当于七千吨汽油或一万吨煤。也就是说“燃烧”l千克海水和燃烧210千克(300升)汽油所获得能量相当。  

最后,核聚变能源对环境的污染轻,聚变产物没有放射性。同时,由于聚变反应需要的条件比较高,一旦发生事故,造成反应的等离子体约束破裂,聚变反应便会终止。因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。

二、 什么是人造太阳(核聚变)?

“人造太阳”的本质是核聚变,又称核融合、融合反应或聚变反应,是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量。在一定条件下,一个氘核(由一个质子一个中子组成)和一个氚核(由一个质子和二个中子组成)会发生聚变核反应,生成一个氦核(二个质子和二个中子组成),并放出一个中子。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。从获得能量的观点来看聚变核反应主要是如下两种:如果是由重的原子核变化为轻的原子核,称为核裂变,如原子弹爆炸;如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核,称为核聚变,如太阳持续发光发热的能量来源。地球上目前最有价值的核聚变是氢弹的爆炸,以“暴力”的形式维护着地球的和平。它是依靠原子弹爆炸时形成的高温高压,使得氢弹里面的热核燃料氘氚发生聚变反应,释放巨大能量,形成强大无比的破坏力。可惜这种瞬间的猛烈爆炸无法控制。要把聚变时放出的巨大能量作为 社会 生产和人类生活的能源,必须对剧烈的聚变核反应加以控制,因而称为受控核聚变。

三、什么是受控核聚变?

聚变核反应犹如惊涛拍岸的海啸,要想控制,岂非容易!那么,到底是难在那里呢?

极高的温度

  要使两个原子核发生聚变核反应,必须使它们彼此靠得足够近,达到原子核内核子与核子之间那么近的距离,即10-15米以内,这时核力才能将它们“粘合”成整体形成新的原子核。由于原子核都带正电,当两个核靠得越来越近的时候,它们之间的静电斥力也越来越大。静电斥力也叫静电势垒,它好像一座高山一样把两个氘核隔开。根据实验资料估计,使两氘核相遇,它们的相对速度必须大于每秒1000公里。这时氘核具有极大的动能。对于一团氘核整体而言,此时它们具有极高的温度。而两个氘核的聚变反应,温度必须高达一亿度!对于氘核与氚核间的聚变反应,温度必须在五千万度以上。可见,开发利用核聚变能源首先必须产生一团高达上亿度的异乎寻常的高温等离子体。

充分的约束

充分的约束,就是说将高温等离子体维持足够长的时间(相对而言),以便充分地发生聚变反应,放出足够多的能量,使聚变反应释放的能量大于产生和加热等离子体本身所需的能量及其在这过程中损失的能量。这样,利用聚变反应放出的能量来维持所需的极高温度,毋需再从外界施入能量,聚变反应也能自持地进行下去,此时这只“烧”聚变原料的特殊“炉子”已经点着了。表征这个概念的科学术语叫“聚变点火”。那么约束时间多长才能实现点火呢?约束时间跟密度有关。密度大,单位时间里参加反应的原子核较多,放出能量也多,因而约束的时间可以相应地短些。反之,约束时间必须长些。最后,应该指出,实现点火仅是受控核聚变研究的第一步。炉子点着了必须烧得很旺才能使用。受控核聚变研究的第二个目标是使输出的能量超过输入的能量,获得净聚变能,建成核聚变发电站。

人类现在繁荣生活是建立在化石能源基础之上的,但化石能源总有耗尽的一天,未雨绸缪、居安思危是我们不得不面对的问题。“人造太阳”核聚变的使用不但能解决人类的能源危机,同时指数级能量的使用或许会使人类再次跨越式进化,进入未知领域。

人造太阳其实指的就是核聚变。如果是由氢元素这种轻元素的原子核,相互结合成为原子质量更大的较重的原子核,同时释放出中子,产生巨大的能量。比如下面这样的反应:D+T→He+n。其中D和T分别是氢元素的同位素“氘”和“氚”,He为氦元素,n依旧是中子,则称为核聚变。


氢弹就是主要利用氢的同位素(氘、氚)的核聚变反应所释放的能量来进行杀伤破坏,属于威力强大的大规模杀伤性武器。上面的这个反应就是由氢的同位素氘(读"刀",又叫重氢)和氚(读"川",又叫超重氢)聚合成较重的原子核如氦而释出能量。


那为什么核聚变如此危险,还会被认为将带来新一次的能源革命呢?

因为如果核聚变一旦实现可控,那么就可以稳定地输出能源。而且整个过程不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境。

核聚变能利用的燃料是氘(D)和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每6500个氢原子中就有一个氘原子,海水中氘的总量约45万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量计算,海水中氘的聚变能可用几百亿年。

在可以预见的地球上人类生存的时间内,水的氘,足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说,地球上的聚变燃料,对于满足未来的需要说来,是无限丰富的,聚变能源的开发,将“一劳永逸”地解决人类的能源需要,而且也将有助于改变环境污染问题。

所以,科学家们一直想要实现可控核聚变。产生可控核聚变需要的条件非常苛刻。我们的太阳就是靠核聚变反应来给太阳系带来光和热,其中心温度达到1500万摄氏度,另外还有巨大的压力能使核聚变正常反应,而地球上没办法获得巨大的压力,只能通过提高温度来弥补,不过这样一来温度要到上亿度才行。核聚变如此高的温度没有一种固体物质能够承受,由此产生了约束核聚变的理论,主要有两种方法。

第一种是惯性约束核聚变是指提出发展可控核聚变,用激光或离子束作驱动源,脉冲式地提供高强度能量,均匀地作用于装填氖氖(DT)燃料的微型球状靶丸外壳表面,形成高温高压等离子体,利用反冲压力,使靶的外壳极快地向心运动,压缩氖氖主燃料层到每立方厘米的几百克质量的极高密度,并使局部氖氖区域形成高温高密度热斑,达到点火条件,驱动脉冲宽度为纳秒级,在高温高密度热核燃料来不及飞散之前,进行充分热核燃烧,放出大量聚变能,从而实现可控核聚变。


中科院“立大功”,国产人造太阳迎来突围,再次刷新世界纪录

2021年的最后一天,中国科学院合肥物质科学研究所传来了一则振奋人心的消息:中国“人造将艾洋”再次创下世界纪录。

在2021年5月份,中国“人造太阳”——全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)便实现了一次刷新世界纪录的突破。彼时,我国做到了可重复的1.2亿摄氏度101秒与1.6亿摄氏度20秒等离子体运行。

而在短短几个月后,我国便传出了新的进展,这无疑令人瞩目。 据悉,12月30日晚间,中科院实现了电子温度近7000摄氏度的1056秒的长脉冲高参数等离子体运行,这是如今全球托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。

这一成果无疑具有十分关键的意义,对我国此后稳态聚变工厂堆的建设打下了科学与实验的基础。

这无疑让我国离实现真正可利用的“可控核聚变”更近了一步。如今,我国在这一领域的研究已经走到了世界的前列,美韩等都是我国的对手。

就在不久前,韩国“人造太阳”做到了在超1亿摄氏度的情况下,等离子体超30秒的最新成绩。但显而易见,韩国同中国相比还有着不小的差距。

那么,“人造太阳”究竟是什么,为何全球这么多国家在抢着发展?

“人造太阳”为国际热核聚变试验堆,它的灵感来源于太阳,因此被称之为“人造太阳”。

在太阳的内部无时无刻不在进行着核聚变,这使得太阳能够迸发出巨大的能量。科学家希望能够模仿太阳产生能量的原理,掌握这样的可控核聚变技术,以此来解决人们的能源枯竭问题。

可控核聚变所需的氘和氚这两种主要燃料,大量的存在于海水之中,储量十分丰厚。这些燃料不说取之不尽用之不竭,但也足够人类用百亿年。而且,反应的过程不会产生有害物质,对人类环保事业也有着重要意义。

所以在人类化石能源愈发紧张的今日,越来越多的国家希望能够通过可控核聚变技术,来彻底解决这场能源危机。

不过,掌握可控核聚变技术哪里那么容易,实现上亿摄氏度点火和稳定长时间约束控制便是核聚变发电最难攻克的两大难题。

为此,无数科学家挥洒汗水、挥洒自己的热血与青春,在这些人的努力之下全球“人造太阳”才有了如今的成绩。

从上世纪50年代,我国便开始了在可控核聚变领域的研究,并在2006年建成了EAST装置。至今已经在这一领域积累下丰厚的经验,因此我国才能实现一连串的技术突破。

如今,EAST首次突破千秒大关便是在中国科学家的手中实现,更是令人激动。虽然我们如今看来,中国的这次突破用短短几句话便能够描述,但中国科学家在背后的付出、需要面对的挑战之多,却是难以想象的。

中国这一突破的背后,只要需要攻克完全非感应电流驱动、再循环与杂质控制、热与粒子排出这三大难题,十分不容易。在中国多方力量的共同努力之下,我国才有了如今的成绩。

目前,我国“人造太阳”已经分别实现了1兆安的等离子体电流、电子温度1亿摄氏度的等离子体、1000秒的连续运行时间这三大条件。

这表示,中国可控核聚变研究即将开启一个新的篇章,上到一个新的高度。在新的起点上,中国“人造太阳”还将创造怎么样的成绩,就让我们拭目以待。


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