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可控核聚变的技术难点在哪里?
核聚变,可控,反应可控核聚变的技术难点在哪里?
发布时间:2020-12-06加入收藏来源:互联网点击:
我国的可控核聚变研究是走在世界前列的,按照目前的进度来看2050年左右就能实现大的突破,本世纪末期就有可能实现商业化应用,但在此之前我们还是要说一下可控核聚变技术遇到的难处。
目前的技术难点主要是如何长时间保持上亿度的超高温,因为我们在地球上无法制造出2000亿个大气压的极端环境,因此在地球上实现可控核聚变需要的温度要比太阳核心的1500万度高的多。
可控核聚变形成了上亿度的等离子体,现在我们用磁约束来“屏蔽”它,但维持可控核聚变的托卡马克装置外壁仍然要忍耐2000℃到3000℃的高温,如果没有耐高温的新材料被研发出来,可控核聚变就只能停留在小规模实验阶段。
回答于 2019-09-11 08:43:50
我来通俗地介绍一下可控核聚变技术吧:
一、先说什么是核裂变:根据爱因斯坦的质能方程,质量和能量可以相互转化,因此要获得大量的能量,就只需要让一部分质量消失就OK了,而质量消失有两种常用途径,一种就是使用加速器把一个中子加速到很高的速度,然后让这个中子去把另一个原子核撞碎,这时你会发现,碎掉的这些原子核加起来的总质量,少于原来的那个完整的原子核,在原子核碎掉的同时,消失的这些质量变成了大量的能量,人们把这种物理反应称之为核裂变,核裂变也就是原子弹和现在核电站的主要反应原理。
二、再说什么是核聚变:人们觉得核裂变还不过瘾,因此又通过把两个原子核都加速到很高的速度,然后让它们撞到一起,这时你会发现,这两个原子核都没有碎,而是抱在了一起,成为了一个新的原子核,但是同样的情况发生了,更多的质量消失,同时也产生出了更多的能量,人们把这种反应称之为核聚变,也就是氢弹的主要反应原理。
三、可控核聚变难在哪里:要让两个原子核撞成一块,这需要十分苛刻的条件,比如氢弹的核聚变反应,就是通过引爆原子弹所产生的高温高压条件来达到的,不过这个反应的时间很短,不容易控制反应的有序进行,因此除了带来毁灭外,暂时还不能为人们提供更多的服务,而要达到可控核聚变,就必须同时达到以下三个条件:一是长期维持上亿度的高温反应条件,二是需要较高的密度(参与反应的原子核数量要尽量多),第三个条件是反应的持续时间要很长(也就是自持地反应下去),这三个条件也被称为“聚变三重积”,形象的比喻就是:要用高温把人逼成疯子,让疯子失去理智地满世界高速奔跑,同时也要让这样的疯子尽可能的多,这样这些疯子之间撞到一起的概率才会大的多,同时也要不断地补充疯子,让这些疯子奔跑相撞的时间长期维持下去,这样这些疯子碰撞的次数才会更多。
四、怎么实现可控核聚变:要实现可控核聚变,首先要解决维持上亿度的高温反应的容器,地球上的任何材料都受不了(比如钢铁一千多度就熔化了),因此科学家们就只有通过磁约束,让高温反应在真空中进行,这样就不用与高温直接接触了,因此容器的问题就解决了;然后就是让核聚变通过链式反应的方法自动维持下去,这就需要不断地补充“燃料”,而比如“氚”这些原料的价格每公斤都要上亿人民币,因此要想让可控核裂变进行下去,就必须解决原材料的来源问题,后来科学家们发现用中子照射锂6可以得到这些“氚”,因此“燃料”的问题也解决了,然后是投资收益比的问题,也就是我用于核裂变反应的能量,必须远远小于核裂变反应后产生的能量,这样我才有得赚,不然就不叫商业化,因此采用什么工艺的问题,最常用的是托克马克,而托克马克实验堆要想稳赚不赔,就需要做得更大,反应空间那个环也要做得更扁才行。
五、目前我国可控核聚变技术怎么样:因为要想稳赚不赔,甚至大赚特赚,就必须把托克马克实验堆做得特别大,这就涉及到美刀的问题,各个国家小打小闹都搞不出什么名堂,因此全世界主要的几个可控核聚变玩家就凑在一起,共同出资在法国建了一个国际堆(ITER),但是参与的人多了,扯皮问题也就成了家常惯饭,这就导致这个超级先进的国际实验堆进度感人,效率低下,鉴于此,我们中国就在我们家里又搞了一个比国际实验堆更先进的核聚变反应堆CFETR,因此从目前国际局势来看,美国早已经在可控核聚变技术方面出局了(当年技术路线跑偏了,看不起托克马克,个人跑去玩打靶,玩到最后才发现打靶没前途,可再回头已是百年身,再也追不上其它国家的研究步伐了),俄印欧日韩处于第二梯队,总体技术水平马马虎虎还可以,而我们中国在可控核聚变方面已经是领先级的玩家了,保守计划,中国2050年就能实现可控核聚变技术的商业化运行。
回答于 2019-09-11 08:43:50
我来通俗地介绍一下可控核聚变技术吧:
一、先说什么是核裂变:根据爱因斯坦的质能方程,质量和能量可以相互转化,因此要获得大量的能量,就只需要让一部分质量消失就OK了,而质量消失有两种常用途径,一种就是使用加速器把一个中子加速到很高的速度,然后让这个中子去把另一个原子核撞碎,这时你会发现,碎掉的这些原子核加起来的总质量,少于原来的那个完整的原子核,在原子核碎掉的同时,消失的这些质量变成了大量的能量,人们把这种物理反应称之为核裂变,核裂变也就是原子弹和现在核电站的主要反应原理。
二、再说什么是核聚变:人们觉得核裂变还不过瘾,因此又通过把两个原子核都加速到很高的速度,然后让它们撞到一起,这时你会发现,这两个原子核都没有碎,而是抱在了一起,成为了一个新的原子核,但是同样的情况发生了,更多的质量消失,同时也产生出了更多的能量,人们把这种反应称之为核聚变,也就是氢弹的主要反应原理。
三、可控核聚变难在哪里:要让两个原子核撞成一块,这需要十分苛刻的条件,比如氢弹的核聚变反应,就是通过引爆原子弹所产生的高温高压条件来达到的,不过这个反应的时间很短,不容易控制反应的有序进行,因此除了带来毁灭外,暂时还不能为人们提供更多的服务,而要达到可控核聚变,就必须同时达到以下三个条件:一是长期维持上亿度的高温反应条件,二是需要较高的密度(参与反应的原子核数量要尽量多),第三个条件是反应的持续时间要很长(也就是自持地反应下去),这三个条件也被称为“聚变三重积”,形象的比喻就是:要用高温把人逼成疯子,让疯子失去理智地满世界高速奔跑,同时也要让这样的疯子尽可能的多,这样这些疯子之间撞到一起的概率才会大的多,同时也要不断地补充疯子,让这些疯子奔跑相撞的时间长期维持下去,这样这些疯子碰撞的次数才会更多。
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