人类在可控核聚变技术上又近一步,它对于人类探索宇宙非常重要

   日期:2018-09-30     浏览:17    评论:0    
核心提示:能源是一个文明发展的根基,没有能源,文明无法进步,人类也将无法生存。我们现在利用的能源还是地球在很久以前由动植物演变而来的煤炭,石油,天然气等,可是这些能源有用尽的一天,而且这些能源随着人类科技的不断进步,越来越无法满足科技进步的需求。人类现在已经开始探索宇宙,传统的矿石燃料等无法满足人类探索宇宙的

能源是一个文明发展的根基,没有能源,文明无法进步,人类也将无法生存。我们现在利用的能源还是地球在很久以前由动植物演变而来的煤炭,石油,天然气等,可是这些能源有用尽的一天,而且这些能源随着人类科技的不断进步,越来越无法满足科技进步的需求。

 

人类现在已经开始探索宇宙,传统的矿石燃料等无法满足人类探索宇宙的需求,人类要想实现宇宙大探索,人类文明真正进行星际文明,必须要研究出新的更强的能源才行。宇宙中有非常高大上的能源,那就是反物质,可是反物质对于人类来说太遥远了,现在只是处于理论阶段,离真正实现利用可能没有上千年的时候是不可能的。

 

但是人类的发展等不了上千年,我们需要寻找到新的能源才行,科学家把目标放到了可控核聚变。人类第一次认识核能的巨大威力是在第二次世界大战,它的巨大破坏力震撼了人们的心灵,原子弹利用的是核裂变,核裂变现在已经实现商用化,但是裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少,而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料,这些因素限制了裂变能的发展。


核聚变我们知道的是氢弹,它的威力远远强于原子弹,核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核,并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变,这种反应在太阳上已经持续了50亿年。可控核聚变俗称人造太阳,因为太阳的原理就是核聚变反应。人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。

 

我们都知道恒星的能量是来源于其内部的核聚变,宇宙中有着像太阳一样的无数的恒星,因此核聚变在宇宙中是非常普遍的现象,宇宙从大爆炸那一刻起,核聚变这一宇宙自然规律就一直存在着,它的能量是巨大的,也是取之不尽的清洁能源。如果人类能够实现核聚变的可控,将其利用起来,那人类将不会再为能源发愁,而且也能有效地保护环境,人类文明也将实现跨越式的发展。

 

理论上,可控核聚变是可行的,但它想实现可控,需要面临一个重大的难题,那就是开启核聚变需要数十亿度的高温,如此高的温度,核聚变释放出的巨大能量会破坏其约束装置,因此想要将核聚变的能量约束起来,需要能耐得住几十亿度高温的材料,这是对人类的一大挑战。


核聚变的原理是轻元素和轻元素的结合形式较重元素并释放巨大能量的过程。实践中上只要铁元素以下的元素都可以发生核聚变。轻元素们的结合势必会释放带电粒子和中子(等离子体),这些带电粒子以高速运动,并且运动轨迹并不受控制,他们在约束装置中“晕头转向”的乱撞,约束装置的“墙壁”每时每刻都得经受住高能粒子的撞击。以可控核聚变装置中最常见的托卡马克环为例,高能粒子会撞击到托卡马克环的壁部,并产生学名为边缘局部模式的现象,这种现象会严重的损坏托卡马克环的墙壁。

 

目前以人类的科技还无法研制出能够经受住每秒数亿次的高能粒子的撞击的装置,所以人类在开启可控核聚变的时候也必须要警惕这些高能粒子对装置的破坏,这也导致了可控核聚变的持续时间不能太长。2013年中国科学院在合肥进行的人造太阳实验持续了100秒也算是很前沿了。

 

日前,美国普林斯顿等离子体物理实验室的科学家研发出了一种新的技术,用于减少聚变反应中等离子体的不稳定性。科学家们采用了一种新的技术,那就是涟漪扰动法,就像是水波的涟漪一样。

 

涟漪扰动法学名为共振磁扰动(RMPs),这是通过的小磁波来扰乱等离子体。这种波动可以扭曲等离子体的方向,减轻等离子体对装置的破坏。在最极端的情况下,这种扰动可能会导致终止等离子体对装置的严重破坏。就这样,涟漪扰动法可以大幅度提高可控核聚变的持续时长。


可能很多人认为可控核聚变的实现可以让人类实现取之不尽的清洁能源,那个时候人类不用愁电不够用,电费也会非常便宜,人类的生活将会更加美好。但这仅仅是可控核聚变的一个很小的民间应用,它更大的用处是在宇宙探索中。

 

我们知道,人类现在已经开始探索宇宙,但宇宙浩瀚无边,距离是以光年来计算的,以我们现有的宇宙飞船的速度,想要走出太阳系恐怕也需要上万年的时间(1光年的距离),这个速度实现是太慢了,而想要初步进行宇宙探索,人类文明真正进行进入星际文明,速度初步要达到亚光速才行。

 

可是要实现亚光速必须要有更强的发动机才行,这个发动机就是核聚变发动机,当人类可控核聚变实现后,我们可以制造出核聚变发动机,这样宇宙飞船的速度就会有飞跃式的提升,达到初步的亚光速,有了这个速度,人类走出太阳系也就没有问题了,人类的太空探索区域扩展到太阳系外对人类太重要了,不仅是可以探索到更远的宇宙空间,更可以去太阳系外探寻地外生命的存在,有可能那个时候人类就可能和地外文明接触上。

 

当然,核聚变发动机的动力远不止这个,随着人类对可控核聚变的进一步研究和提升,速度还可以由亚光速提高到光速,那对人类的太空探索又将是一次质的飞跃,而且核聚变还可以为飞船的日常航行提供充足的能源,更能保证未来人类进行外星移民所需要的能源保障。


 由此可见,可控核聚变对人类太重要了,如果人类能被实现,至少会让人类文明一夜间前进几百年,让人类文明一跃成为真正的星际文明,星际移民也将不再是大问题,地球的环境也会得到巨大改善,人类正在向着这个方向努力,相信人类离可控核聚变的实现不会太远,我们期待着这一天的到来。

 
 
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