美国能源部发布最新消息,在可控核聚变技术上,其取得突破性的进展,经过50年又50年的研究后,第一次实现了扭亏为盈,其产生的能量大于消耗的能量。
根据其公布的数据显示,在整个实验过程中,一共消耗了2.1兆焦耳的能量,产生了大约2.5兆焦耳的能量。
从数据上来看,无论是消耗的能量,还是产生的能量,还不及3.6兆焦耳一度电能(3.6兆焦耳)量高,但是这个实验的意义是,人类在探索可控核聚变漫长的过程中,终于看到一丝胜利的曙光。
人类为何执着于可控核聚变?
人类文明的进化史,实际上是对能量消耗史,人类文明越进步,对能量消耗的数量就会更多,而目前人类主要依靠的还是化石能源,而这些能源都是不可再生的能源,随着消耗量逐步增大,以及人类人口数量整体增加,化石能源也会被消耗殆尽的一天。
在化石能源加快消耗的背景下,人类期待尽快寻找到可行的替代能源,目前认为相对清洁,并且可供人类长久使用的,只要是两种能源:太阳能和核能
虽然人类曾经在这两个能源上花费了大量精力,到目前也取得一些成就,两种能源也全部商业化多年。
但是两种能源在先天上存在一些无法弥补的缺陷,这个无法通过后期来弥补。
太阳能缺陷
虽然太阳能最清洁,科技含量相对更小一些,但是太阳能一个重大缺陷是转化率非常低,另外在地球上,都到地球自转和天气影响比较大,自主性比较差。
核能
目前核能主要指核裂变,核能弥补了太阳能上的一些缺陷,不仅高效,而且可以人为干预控制,但是其有一定的危险性,不仅会产生大量的核废料,而且两次核电站爆炸,产生大量的辐射物质,给人类带来惨痛的回忆。
而可控核聚变可以说结合两者身上的全部优点,清洁,高效,安全,取材也方便,光是海水中的核聚变原材料,就可以供人类使用数亿年。
从这就可以看出,为什么人类会如此执着于可控核聚变,如果它一旦被人类所掌握,那么整个人类世界,将不再为能源而苦恼,整个人类文明也将向前再迈一步,全球的格局也将出现大变化。
美国掌握了可控核聚变技术吗?
从这是实验结果上来看,美国离掌握核聚变技术还有一段相当遥远的距离,其主要意义是在人类掌握可控核聚变的迷雾里,为人类寻得一丝亮光,证明了这件事可以做,坚定了人类的信心。
为什么这样说呢?
美国这次为了获得那多出来0.4兆焦耳的能量,总耗资35亿美元,整个实验场地足有3个足球场那么大,整个实验场地布满实验设备和仪器,而最主要的设备是由200个激光器组成。
整个实验过程是模拟太阳内部的核聚变,200个激光器组成的阵列,最终产生高能激光束,同时轰击在一枚2毫米的胶囊上,而胶囊内部装的是氢的同位素氘和氚,在上亿的温度下,最终启动核聚变反应。
从整个实验中,可以看出花费了35亿美元的代价,最终的结果,即便扭亏为盈,也产生不了一度电的能量,所以其在能量上赚了,但是就经济行为上来说,肯定是血亏的。
而在整个可控核聚变中,还有最关键的一步,那就是如果把核聚变中释放的能量,变成人类可以使用的能量,在目前阶段,是所有其他能量都转换为电能或者动能。
而在转换成为电能的过程中,一个无法克服的问题,是如何烧开水,在目前阶段来说无论是化石燃料,还是核能,都是想着法子各种烧开水,然后利用蒸汽把动能转换成为电能。
即便美国可以利用核聚变烧开水了,但是还面临着一个商业化的过程,只有可控核聚变商业化后,人类才可以说彻底掌握了核聚变技术,而这将是一个非常漫长的过程。
所以说,美国距离掌控核聚变还有非常远一段距离。
中国目前可控核聚变什么状况?再一次被美国落下了?
在可控核聚变领域,目前有两个方向,一个方向是托卡马克装置,一个是激光装置。
中国使用的核聚变是托卡马克装置,而美国使用的装置是利用激光激发装置,两者不同之处是一个用磁场束缚,一个用激光束缚。
在托卡马克装置中,利用磁场束缚原子,在温度达到1亿度以后,原子中的电子被剥离,变成离子状态,由于温度越高,离子就越活跃,在环形装置中高速旋转,在巨大的惯性下碰撞,然后重新结合,完成核聚变。
而美国利用激光装置,更多的是模仿太阳内部的环境,在1.5亿度激光的激发下,对氢的同位素进行惯性束缚,模仿太阳内部环境,在高温高压下发生核聚变。
至于这两套装置孰优孰劣,目前还无法判断,但是可以确实是美国利用激光激发装置,首次实现了净能量增加,这是一个不可争的事实。
但是在运行时间上,托卡马克装置却是占有优势,中国人造太阳EAST在去年一次运行中,就曾在1亿温度下,运行16.6分钟,而美国激光装置运行时间都是按照纳秒算的,虽然实现了净量增加,但是其总运行时间也才1秒左右。
就这两套装置最终谁能走到最后,扛起可控核聚变的大旗,现在下结论还太早,所以也不存在中国被落下的问题。
何况!
是小学生才做二选一的问题,但是厉害我的国,当然是两种方案全部都要,所以除了托卡马克装置外,我国还有个神光计划,也就是这次美国运行的装置,何况在激光领域,我国还是限制技术流出的。
所以,未来不论是哪一种方案最终成功,中国都有足够的技术储备,来实现可控核聚变技术,造出中国的“人造太阳”