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核聚变发电厂能成为现实吗

科学 | admin发表于2018年02月06日 | 1924个浏览

核聚变发电厂能成为现实吗

很多科学家怀疑可再生能源能否满足未来人类的需求。如果到2050年,世界人口两倍于现在,再加上发展中国家生活水平的提高,能源消耗肯定会成倍增长。目前,科学家正在努力以完全不同的方式制造“太阳能”,即模拟太阳内部的核聚变反应。

组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71%,氦约占27%,其他元素占2%。太阳核心的温度极高,达1 500万摄氏度。 压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应(4个氢原子核合成为1个氦原子核)得以发生,从而释放出极大的能量——太阳内部每秒有6亿吨氢融合成氦。

自从20世纪50年代以来,科学家就在努力模拟太阳内部的运动过程。大量资金投入到实验中,但却从未获得过成功。要使氢原子核发生聚变,温度需要达到上亿摄氏度,可是在这个温度下,有什么东西能容纳下氢的同时自己又不会熔化呢?托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器,它的名字Tokamak来源于环形(Toroidal)、真空室(Kamera)、磁(Magnit)、线圈(Kotushka),最初是由位于前苏联首都莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋形磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。相比其他方式的受控核聚变,托卡马克拥有不少优势。但常规托卡马克装置体积庞大、效率低,突破难度大。

建立聚变发电厂需要大量资金,即使资金雄厚的发达国家也无法单独实现。美国、日本和欧洲的科学家曾经花了10年的时间研制一个聚变装置,但最终美国退出了该项目,因为国会不批准必要的资金申请。从中可以看出,该研究领域的未来还十分模糊。然而,聚变反应堆毕竟是人类的一个希望,和依赖于风力和天气的可再生能源相比,聚变发电厂能按照人类的需求来产生能量。聚变发电厂所需的原料大量存在,即常见的海水。1升海水中所含的核聚变原料,通过核聚变反应可产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量。地球上有足够的海水,可以支持聚变发电厂运行几百万年。而且聚变发电厂不排放任何温室气体,所应用的技术也相对安全。

在聚变发电厂中,绝对不会出现类似切尔诺贝利那样的严重事故。如果科学家计划中的超级托卡马克取得成功,第一批聚变发电厂将在四五十年后投入运营。到那时,离科学家开始研究这种能源已经过去了100年。在研究进展到那一步之前,人类肯定还会面临激烈的讨论和争辩,因为聚变发电厂也有它的弊端。那就是当氢聚变成氦时,会产生辐射。因此,发电厂必须有厚厚的围墙包围,而且在聚变区域只能由机器人来工作。

另外,即使聚变发电厂停工后,周围地区仍会长时间遭受辐射。如果必须在聚变能源和其他能源之间进行选择,肯定会引发激烈的争论。一个依赖于托卡马克的社会,和由风车、太阳能发电厂供应能源的社会,是完全不一样的。前者,一个国家的能源需求可以由几家属于国家或者大公司的发电厂来满足;但如果选择了后者,将需要建立数以百万计的小型发电厂,分别属于私人或者小型团体。

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