为什么可控核聚变那么?

2024-05-16

1. 为什么可控核聚变那么?

可控核聚变可以让人类彻底摆脱能源危机。


以人类现有的能源消耗来计算,可控核聚变一旦实现,能源将不再是一种需要节约的东西。

以核聚变可使用的一种原料氦-3为例,每百吨的氦-3就可以满足全人类一年对能源的需求,而在月球表面的土壤中氦-3的含量在百万吨以上。而且核聚变可使用的原料还不仅氦-3,氢元素的同位素氚和氘也可以进行核聚变,而这两种元素都可以从海水中提取。

为什么可控核聚变那么?

2. 可控核聚变是什么?


3. 可控核聚变是什么?


可控核聚变是什么?

4. 什么是可控核聚变?


5. 可控核聚变是什么?


可控核聚变是什么?

6. 可控核聚变是什么?

可控的核聚变就是可以人为控制利用核聚变发出的巨大能量,方式主要是磁约束和惯性约束。可控核聚变俗称人造太阳,因为太阳的原理就是核聚变反应。
(核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变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)人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。

利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。裂变时靠原子核分裂而释出能量。聚变时则由较轻的原子核聚合成较重的原子核而释出能量。最常见的是由氢的同位素氘(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。 
核聚变较之核裂变有两个重大优点。一是地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据测算,每升海水中含有0.03克氘,所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。
地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍,可以说是取之不竭的能源。

7. 什么是可控核聚变

核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。
可控的核聚变就是可以人为控制利用核聚变发出的巨大能量,方式主要是磁约束和惯性约束。
最早的著名方法是"托卡马克"型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场,把等离子体约束在很小范围内以实现上述三个条件。虽然在实验室条件下已接近·,但要达到工业应用还差得远。按照现有的技术水平,要建立托卡马克型核聚变装置,需要几千亿美元。
另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发,受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力,靠它使气体约束,所以称为惯性约束)

什么是可控核聚变

8. 可控核聚变有可能实现吗?

可控核聚变其实不难,氘氚等离子体温度足够高就能发生聚变反应。但想要建成商业聚变堆,问题有:
1、能量输出要大于能量输入,也就是说三重积要足够高。
2、第一壁材料要能长时间的承受热冲击(导致材料融化、热应力导致开裂)、14MeV中子辐照(引发肿胀、脆性,降低热性能)、氢氦离子损伤(表面长气泡、变形)。
3、氚几乎无法人工生产&开采,必须做到氚自持(循环利用)。而现状是:氘氚聚变的三重积大概要求 ,印象中JET堆已经做到了 。答主不是等离子专业的,所以也不知道这个记录有没有被打破。不管怎样,差距还存在,但不是不可克服的。目前最热的第一壁候选材料为钨基材料。热性能方面(抗热冲击性能&热导率)已经能满足ITER的运行标准,但商业堆的运行标准更加严苛,还需要进一步研究。中子辐照方面的研究只能说刚刚起步,14MeV中子辐照实验数据几乎没有,绝大部分是用裂变堆的辐照条件来模拟推测。氢氦兼容性研究也还不成熟,损伤机理、如何预防都还没有一个普遍接受的结果。氚自持技术的研究同样也是才起步,如何提高氚增殖率并降低第一壁的氚滞留?阻氚材料如何选择?氚如何进行再回收、富集、运输?解决这些问题需要建立一个完整的氚工厂,并完善相应的技术标准。一句话总结:路漫漫其修远兮。