核聚变无辐射,又高效,为什么我们不利用它的辐射(核聚变不产生辐射)
核聚变没有辐射,效率高。为什么我们不把它用于核聚变和裂变呢?
核裂变又称核裂变,是指一个重核(主要是铀核或钚核)分裂成两个或两个以上质量较小的原子的一种核反应形式。这时,这个极大的原子失去质量,一分为二时释放能量;而核聚变则是指质量小的原子,主要是氘,在一定条件下(如超高温高压),只有在极高的温度和压力下,核外电子才能摆脱原子核的束缚,使两个原子核相互吸引碰撞在一起,原子核相互聚合,产生质量更重的新原子核(如氦)时,导致质量的损失和能量的释放。后者释放的能量比前者多得多,而且没有原子核。
核聚变
核聚变最早是由美国苏联物理学家乔治伽莫夫(george gamow)提出的,他提出当两个原子核足够靠近时,原子核的强力可以克服静电力,结合在一起。然后根据伽莫夫的理论,英国和德国的物理学家预言,当两个轻核以中高速碰撞时,可能会形成一个更重的核,并释放出大量的能量。
1927年,英国科学家马克奥列芬特在剑桥大学卡文迪许实验室研究粒子加速。他用粒子加速器轰击氘(D,重氢)产生氚(T,超重氢),成为世界上第一个核聚变实验。直到二战前夕,人们才在德国的实验室里发现了核裂变,也就是说,从实验的角度来看,核裂变和核聚变几乎是同时被发现的。
伽莫夫和匈牙利裔美国科学家爱德华泰勒推导出核聚变反应的必要条件,需要1500万摄氏度的极高温度,这在当时是无法实现的。所以核聚变被搁置了,大家都在旁观。
这个温度只有原子弹爆炸时才能达到。可以这样理解,我国在核武器试验爆炸三年后成功试验了氢弹。而且氢弹的爆炸能量是原子弹的几千倍,所以核聚变比核裂变有很多优势。
核聚变有一个更大的优势,就是原料。海水中含有丰富的核聚变材料氘和氚。每升海水中含有30毫克氘,30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油,原料可以说是取之不尽用之不竭。但原子弹核裂变所需的放射性元素铀和钚少得可怜,可见朝鲜发展核武器受此限制。
既然核聚变有这么多优势,为什么我们没有大量应用核聚变呢?
主要原因是氢弹爆炸的核聚变是不可控的,也就是说从美国第一颗氢弹爆炸到现在60多年了,核聚变一直没有实质性的进展。主要原因是核聚变的温度太高,没有容器能装下这种量子材料。
英国诺贝尔物理学家汤姆逊和前苏联物理学家塔姆和萨哈罗夫提出了利用环形等离子体电流形成环形磁场的设想,使等离子体可以被控制在特定的空间内。所以科学家发明了一种受控核聚变装置,叫做托卡马克。
托卡马克装置
托卡马克装置就像一个百吉饼笼子,被强磁场束缚着。在高温下,氘和氚变成带电的“离子”——,离子会沿着磁力线移动。这样,只要我们把磁力线变成一个圆,氘氚就会在装置内部的空气中绕圈,相当于约束。
但是问题又来了。为了维持托卡马克装置,需要的能量远远超过核聚变产生的能量,可以说是亏本买卖。所以目前在核聚变的控制上还是无解的。
但是也有好消息,但是要做大量的实验。目前运行中的实验装置都比较小,需要做一个大的。有一个大型的合作装置,叫ITER,总投资比大型强子对的撞击还要大,但是很多年都没有建成。中国政府正计划建造它的o
所以说白了,只要你肯花钱,就一定能做成。问题是目前的能源需求是否迫切到需要花这么多钱在核聚变上。
目前已知的石油储量为1万亿桶。按照每年递增的消耗速度,这些储备可以用38年。在这38年里,我们会发现新的储量。如果我们寻找新储量的技术和2003年一样,再找到1万亿桶石油资源,那就又是38年了。但无论多少年,最大耗油量都不会超过100年。
目前在太阳系中,世界上人类可以利用的最丰富、最密集的能源应该是核聚变和太阳的能量(核聚变中的能量体)。或许在不久的将来,我们的“紧迫感”会让我们使用核聚变。
如果实现了无辐射聚变的受控核聚变会怎样?
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