原子核 我国再创世界纪录,1.2亿摄氏度为什么烧不坏“人造太阳”
能源是支撑人类社会发展的主要力量,而获得取之不尽、用之不竭的能源是人类永恒的追求。5月28日,中国科学院合肥物质科学研究院的“人造太阳”设备EAST成功在1.2亿摄氏度下运行了101秒、在1.6亿摄氏度下成功运行了20秒,刷新了我国此前创造的世界纪录,标志着我国的可控核聚变技术远远将世界甩在了身后。
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什么是人造太阳呢?顾名思义,人造太阳就是我们人类模仿太阳发光发热的核聚变原理,在地球上生产一个同样发光发热的设备,从而解决人类能源的需求。
天上本来就有一个太阳,为什么我们还要在地球上再人造一个太阳呢?我们现在常用的能源,例如煤炭、石油等等化石燃料,储量有限,按照人类现在的利用速度,100年内就可能耗尽。同时,煤炭石油燃烧会发出大量的二氧化碳,从而导致全球气候变暖。所以从长远来看,我们需要一种储量大、绿色清洁的能源。太阳能是这样一种能源,它几乎取之不尽、用之不竭,又绿色清洁。但太阳能的主要问题在于,太阳光从太阳射到地球时,能量会慢慢减弱,最后地球能接收到的能量已经很少了。太阳能的利用还受白天黑夜的影响,在晚上就不能使用太阳能。所以人们才希望将太阳“搬”到地球上,直接使用。
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人造太阳本质上是一种核能利用技术,利用的是原子核发生变化从而放出能量。原子核放出能量的方式主要有两种,一种是核裂变,也就是一个原子分裂成了两个原子(一变二),原子弹就是依据这个原理爆炸的;还有一种是核聚变,也就是两个原子聚合成一个原子(二变一),氢弹就是根据核聚变的原理爆炸,当然,太阳发光发热也是利用的核聚变。
尽管人类能够生产原子弹和氢弹,并放出巨大的能量,但是它们的能量释放得太快,人类难以控制和利用。如果要利用核能,我们就必须控制它们的能量释放。对于核裂变而言,也就是一变二的方式,我们已经可以很好地控制,现在我们建造的核电站就是利用的核裂变原理;而对于二变一的核聚变,人类还很难实现可控地放出能量。
既然有了一变二的核裂变,为什么还要二变一的核聚变呢?首先核聚变所放出的能量远高于核裂变,所以氢弹比原子弹厉害;其次,核裂变的原料铀-235在地球的储量非常少,而核聚变的原料氘氚在海水中储量非常大,1升海水包含的核聚变原料相当于300升汽油;最后核裂变产生的核废料放射性极强,而核聚变的危害则要小很多。如果能成功实现可控核聚变,未来人类几千年发展所需要的能源就不用愁了。
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可控核聚变的最大难点在于核聚变需要在极高的温度和压力下才能发生,这个温度可达上亿摄氏度。而人类目前最耐热的材料也就只能耐受几千度的温度,对于上亿度的高温,我们不能用任何材料盛放发生正在发生核聚变的核原料。那我们该怎么办呢?科学家采用的方式是将核原料悬空,不接触任何材料。具体来说,原子核是带电的粒子,它在磁场下的运动会受到磁场限制。所以只要在发生核反应的原料周围加上合适的磁场,核原料就只能乖乖地悬空反应了。
不过原理虽然简单,但真正实施起来,里面的技术难度还非常大,现在人造太阳距离真正的应用还有很长一段路要走。这一次我国人造太阳创造了新的世界纪录,无疑将人造太阳技术向前推进了一大步。
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