可控核聚变技术哪国最先进(中国居然一出手就在世界领先了?)

电竞比赛 2023-01-15 17:38:33 阅读: 评论:0 编辑

18世纪60年代,英国爆发了一场技术上的革命,从此以后,人类的生存方式发生了改变,更加高效、不知疲惫的机器成为了各个工业部门的生产主力,随着这些机器的增多和普及,煤炭成为了人们越来越重要且不可或缺的能源。

到了第二次工业革命,内燃机的发明和应用使得石油逐渐代替了煤炭,荣登了人类发展中最关键的能源宝座,就算是放到现在,石油能源也照样是一座工业化城市的命脉,是社会必不可少的物资,同样也是国家的重要战略资源。

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然而不论是煤炭还是石油,这两个在当今社会非常重要的能源却会对地球环境造成破坏,比如燃烧煤炭与石油的过程中会产生废气,里面包含二氧化碳、二氧化硫等气体,不仅会打破生态平衡,还会对人体造成不好的影响。

我国就大气污染这一块,每年都会因此造成超过120亿元的损失,更别提现在越来越严重的温室效应,其实都是自工业革命以来人类燃烧能源推动了温室效应的速度,虽然人类并非是罪魁祸首,但也是个 “从犯”。

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同时,随着石油和煤炭能源的储量越来越少,人类对其使用量却日渐增多,很多国家都陷入了能源危机。在这样的情况下,如今各个国家都在寻找更加绿色环保、能够代替石油的清洁能源,其中核能就是人们非常看好的未来能源之一。

核能是什么

核能其实就是自原子核里释放出来的核反应能源,其中分为三种类型,一个是较重的原子核分裂成多个质量较小原子的核反应,这个过程中释放出来的结核能被称为是核裂变。

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一个是质量较轻的原子核发生聚合,这个过程中释放出来的结核能则是核聚变,剩下的一种是核衰变,也就是原子核在衰变的过程中也会释放出能量来。

目前来说,重元素的核裂变已经有了许多的研究,甚至被人们实际应用到了现实当中,比如原子弹和核电厂,这两个都是核裂变所带去的能量,而这个能量显然是巨大的,原子弹的威力直到现在都令人心有余悸。

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原子弹实在是太可怕了,而且制造的方式其实并不难,目前很多国家都已经拥有了核武器,但它现在更多的只是作为一种威慑的手段,就像是一个人拿着一把武器,他可能并不会开枪,却是在告诉别人,别打我,否则我急起来就会乱抢“走火”。

其实比起武器来说,人们如今更加注重的是核聚变的有效利用,让它给人类带来好处而不是战争的苦痛,于是核电站应运而生。

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一般而言核电站是通过铀制成的核燃料在一座或者多座动力反应堆里发生裂变,这个过程中会产生大量的热能,最后再转变成为人类所需的电能。

我国第一个核电站是从上世纪80年代开始修建的,从1985年开始动工,一直到1994年才正式运行,到2020年为止已经建成并投入使用的核电站救有48个了。

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不像是石油等能源,核电站并不会产生大量的污染气体,也就不会造成大气污染,更不会排放二氧化碳,加重温室效应,并且燃料成本较低,不受国际的影响。

但它的缺点也是很明显的,核电站的初期投资成本较高,并且它虽然不会排放污染气体,却会产生放射性的核废料,还会产生废热,会对环境造成热污染,同时它的反应器也存在放射性物质,一旦发生故障,很容易对周围的环境造成影响,危害生态甚至是居民。

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比如在日本,该国的核电站曾经非常发达,但是在2011年因为日本9.0级特大地震,福岛地区的核电厂发生泄露,核污染波及到了关东地区,造成了极大的影响,并且全国的核电站都因此被一度停运。

然而这件事情导致的危害并不远远只是如此,在2011年核泄漏发生以来,一直到2021年,10年的时间福岛核电站所泄露的核废料已经污染了最少125万吨的水量,甚至放射性的物质已经扩散到了整个北太平洋,就连北冰洋也不能幸免,已经检测到了来自福岛的铯137。

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比起核裂变而言,事实上核聚变更加清洁环保,没有高端的核废料,虽然也有少许的放射性废料,但并不会对环境中造成过多破坏,而且所释放的能量远远超过核裂变。

核聚变

核聚变中的质量较小的原子,通常来说主要指的其实是氘,然而这种核反应的难度非常大,需要在一定的环境下,通过超高温和高压才能让两个原子核互相吸引碰撞,从而产生聚合,生成类似于氦的原子核。在这个过程当中,大量的电子和中子就会被释放出来,形成巨大的能量。

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人类曾经利用核聚变,即氢的同位素所的核聚变制造出了比原子弹还要威力强大的氢弹,同样的核材料下,核聚变的能量甚至能比核裂变发生核反应时所爆发的能量还要大4倍。

在上个世纪,苏联原本想要设计一款质量1亿吨的氢弹,但是如此巨大的核武器所产生的威力无疑也是庞大的,爆炸将会直接影响直径2000公里的范围,300多万平方公里的区域将会成为一片废墟。

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因此,2012年俄罗斯销毁了国内的全部氢弹,第二年美国也销毁了氢弹,除了中国以外,世界已经没有国家拥有氢弹了。

当然,人类对于核聚变的使用也并不只想局限于武器,科学家们试图研究出可控的核聚变,即原子核能够有控制地发生聚变反应,释放能量,为人类所使用,成为未来的主要能源,代替石油和煤炭。

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然而可控核聚变所需要的条件实在是太过苛刻,它需要极高的温度和巨大的压力才能发生核反应,比如我们头顶的太阳,它的内部其实就是一直在发生着核聚变,从而给太阳系的天体们带去光明和热量发,中心温度达到了1500万℃,压力也非常大。

地球上无法产生出类似于太阳中的压力,因此只能通过更加高的温度来推动核聚变反应,但是这样下去,温度甚至需要达到上亿摄氏度才能满足这个条件

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如此的高温远远超出了地球上任何一个固体的熔点,再坚硬的固体物质靠近都会被熔化和气化,科学家们便想到了利用磁场或者是激光,这两种目前科学界主流的方式来约束核聚变。

美、日、中核聚变发展

1958年,世界各国召开和平使用原子能的相关会议,并提出了共同发展核聚变,互相公开核聚变的研究资料。到了1985年,大国们开始联手研究核聚变的项目,美国和日本都在其中。

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然而直到2020年,当初会议上的各个国家到现在已经半个世纪了,联合项目也过去了35年,却依然没有什么成果,甚至连核聚变反应的装置都还没有修建。

事实上,美国和日本对于核聚变的研究和投入都十分巨大,成果也是有一些的,比如美国修建了世界上最大的激光器,试图用惯性约束核聚变的方式来产生可控核聚变。

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后来美国科学家们虽然发现这种方式的技术要求非常苛刻,但是也曾在2016年以后获得了一定的成绩,美国也一直处在核聚变科学成果的世界领先地位。

而日本因为地小人多,对于新型能源的需求非常渴求,因此一直在努力研究核聚变,也位于全球领先的水平。在世界的核聚变专利中,日本甚至独占了54%以上的程度,并且在1996年就已经完成了4亿℃的核心温度,这项世界纪录直到2021年都未能被人打破,除此之外日本还在很多成果方面都超过了美国。

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对于中国来说,我们当时并没有加入核聚变的项目,而且由于当时举国上下百废待兴,经济和科技非常孱弱,再加上以美国为首对我国的技术封锁,我们的核聚变技术起点非常低,1955年才开启了可控核聚变的相关研究,在90年代的时候还跟美国、日本等核聚变的领先水平差距深远。

1974年,我国建成了国内第一台托卡马克CT-6,这是研究核聚变的重要实验设备,却比美国和日本慢了16年的时间。

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在80年代,我国制定了核聚变发展的相关战略,打算从基础开始一步一步向前发展,并且加入了国际的相关核聚变实验堆,将研究向世界靠拢。

由于之前的基础,我国的核聚变研究终于在2010年有了明显的进展,比如“人造太阳”,学名东方超环,这是由我国自主研发制作的磁约束核聚变实验装置,成功从原本落后各国的“差生”,在其他国家研究半辈子都毫无实质进展的阶段,以较短的发展时间实现了领跑世界的转变。

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2021年5月29日,东方超环完成了等离子体在1.2亿℃的环境下运行101秒的成绩,远比之前的速度多了10倍,再次突破了世界纪录,同时也证明了我国核聚变技术的领先地位。

美国和日本等国家比我国提前研究了那么多年,为什么却让我国领跑了呢?

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这其实是因为科研需要大量的资金投入,美国和日本都是资本主义国家,利益至上主义的前提下使得资本家们根本不会在几十年里毫无进展的实验项目里投入太多,因此这些国家的政府和相关机构将资金转向了其他更能带来短期效益的项目当中,也就导致核聚变实验搁浅。

而我国是社会主义国家,因为意识到了新型能源的重要性,因此一直在大力研究核聚变,哪怕许多年都没有成果出来,科学家们也一直得到了持续的资金投入,才能不断地研究下去,直到发现成果。

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结论

我国的核聚变发展虽然晚,但是我们有着辛勤坚韧的研究人员,也有着在背后默默支持的国家。

这也是因为我国庞大的人口数量需要一直从外购入大量的能源,才能维持我们国民的日常生活和战略需要,但石油和煤炭等能源都是有限的,一旦被用得差不多了,率先拥有新型能源相关技术的国家就将在未来占据主动的地位。而想要不在新时代下被遏制发展,被抛在后边,我们只有努力发展新能源。


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