中国可控核聚变技术,成功实现放电,预计2050年正式并网发电
目前,世界能源会议统计:地球上的化石能源,满足人类的使用时间如下,石油不足40年,煤炭仅够100年。化石能源日近枯竭。无数人都在思考,当石油、煤炭、天然气用完,我们人类又该怎么办?
目前,地球文明在宇宙中尚处于0.7级。科学家表示:提升文明的首要条件,便是彻底解决能源危机 —— 完全掌握可控核聚变。很多影视剧中,掌控可控核聚变,是人类迈向星辰大海,建造宇宙飞船的必经之路。
2010年以来,世界各国核聚变反应堆捷报频传,可科学家为什么总是在说,还需要50年才能完全实现?目前,我国的可控核聚变到底发展到哪个阶段?距离实用、商用,到底还有哪些问题有待解决呢?今天,我们一次性讲清!
1905年,爱因斯坦完成了他的著作——狭义相对论, E=( m)c^2 这一方程横空出世。在方程中,大家了解到:质量很小的物体可以释放巨大的能量,俗称板凳炸地球。可到底应该怎么做,才能释放物质中的巨大能量呢?
核反应都会造成质量亏损, 这些损耗的质量 光速的平方 = 释放的能量 。众所周知,核裂变必须是异裂变的重元素,整个元素周期表,只有 铀、钍、钚 这三种元素符合要求。但,这三类元素 自然界含量极少 ,并且核裂变会 造成大量污染 。
因此,核裂变不是我们人类的理想能源。但是核聚变恰恰相反,除了 难以控制 这一唯一缺点,几乎一切都是完美的。核聚变的材料是轻核子 —— 氢的同位素氘、氚完全符合条件,而这两种元素依靠电离水设备就可制取。
现有研究数据表明:仅海水中就储藏约40万亿吨氘, 1升水可以电离 0.03g的氘 。仅这 0.03g的氘反应释放的能量 = 燃烧 300L的汽油 / 燃烧336 kg的煤 。同理推算,地球海水中的氘释放的能量,足够全人类使用上亿年。
目前,电离 1g 重水的成本为7元。 1g 重水发生核聚变反应,产生相当于800万度电的能量 。按照民用电,1度/ 0.6 元计算,1g 重水产生的电量,约合480万人民币。那这么节能的技术,为什么不能投入使用,却一直号称需要等待 50年呢?
这就不得不提到一个令人十分沮丧的事实,我们在可控核聚变的研究上一直没有取得突破性进展。因此,科学家只能给大家一个模糊的时间节点。众所周知, 人造核聚变反应,是模拟恒星内部氢元素核聚变反应释放能量的过程。因此,可控核聚变也被称为人造太阳核聚变。
人造太阳的原理: 两个轻原子核融合在一起,形成新的原子核,并释放中子和能量 。原子包含带正电的原子核、带负电的核外电子。因此,两个轻核原子进行核聚变前,一般把核外电子剥离,就剩下两个带正电的原子核。
众所周知,电荷同性相斥。因此,两个带正电原子核,即便靠近也会因为库伦力被推开。要想核聚变,就需要它俩不光靠近,还得粘合在一起,让它的质子、中子相互作用,从而合成新原子。
到此,究竟如何让原子核粘合在一起,产生新的原子?科学家给出了答案:高温!我们都知道, 温度可以反映微观粒子运动的剧烈程度 。粒子的运动越剧烈,温度越高。引爆氢弹需要极高的温度,所以氢弹里面都有一枚小型原子弹,作为点火装置。
但,氢弹是不可控的。人类若是想利用核聚变,就必须控制核聚变的过程。第一个要求:达到温度!比如,把一些轻核原子放入球形靶丸,从各个方向用强激光照射靶丸,强激光产生的高温,会使原子的运动异常剧烈。
此时,核外电子脱离原子,形成原子核与电子交织的等离子体。同样,剧烈运动也给原子核提供动力来进行互相撞击,以突破它们之间的电荷排斥力,进行融合。这种就是 可控核聚变的两大方式之一: 惯性约束核聚变 。
我国的神光三号激光点火装置,采用的就是惯性约束装置。但,惯性约束很难控制等离子体对设备造成的高温破坏。毕竟, 点火温度起步就是1000万度 。目前,还没有任何材料可以耐得住这么高的温度。
正因如此,科学家开始选择 能束缚等离子体的磁约束装置 。磁约束就是利用磁场束缚住发生核聚变的等离子体,让原子核与装置内壁形成隔离带,从而避免仪器受到高温等离子体的冲击。
磁约束核聚变反应 ,第一步需要把大量轻核原子,比如氘、氚加热,让它们的核外电子脱离,形成带正电的原子核群、电子群。让它们整体保持电中性,这就是第一步做到的等离子体 —— 也称为等离子浆。
等离子浆进入磁场中,会被束缚起来。随后在共振、加速的作用下,等离子浆中的原子核运动愈演愈烈,相互撞击融合,达到聚变过程。这一过程。类似太阳内部的核聚变。因此,科学家也称 磁约束核聚变装置 —— 人造太阳 。
人造太阳装置,一般是环形真空磁线圈,英文 Tokamak,中文译名:托卡马克。因此磁性约束核聚变装置也叫——托卡马克。但是,它大多只能以短脉冲形式进行。科学家表示:如果保持连续稳态进行,那磁线圈就必须用上超导技术!
一旦,磁线圈采用超导技术,那这个装置就叫做: 全超导托卡马克核聚变实验装置 。 英文简称:EAST 。世界首个EAST 便是我国制造的。EAST实现可控核聚变必须有三个条件:
1、点火温度要高。因为,温度越高,原子核运动越剧烈,撞击力度也会越大。装置内的原子核们发生核聚变的比例就越高。
2、单位时间内,发生核聚变的原子核数量要多( 等离子体的电流要大)。
3、开机时间要长,不能开机只维持几秒,那样就不能产生多少能量了。
中科院李建刚院士曾表示:中国EAST的科学目标是" 三个1 "。1兆安等离子体电流;1000s 的维持时间;1亿 的高温。果然,在2018年,中国可控核聚变首次实现1亿摄氏度运行。
2020年12月, 新一代人造太阳装置 —— 中国环流器二号M装置,在成都落成,并首次实现发电 。2021年5月,EAST 实现可重复1.2 亿 ,101s ,1.6亿 ,20s 等离子体运行。
目前,中国可控核聚变分三个阶段。 短期 :2015 ~ 2021 实现首次发电。 中期 :2021~ 2035 提高效率,降低投入,提高产出。 长期: 2035~ 2050 投入小于产出,具备商业化,开始建造核电站。
现如今,我国在可控核聚变的持续时间和预期目标相差10倍。但,李建刚院士提到的:" 三个1 ",如今中科院已经实现:1亿 ;还有1兆安等离子体电流;1000s 的维持时间需要科学家去攻坚。
目前看来, 实现" 三个 1 ",是保证可控核聚变商业化的前提 。可以说," 三个 1 "是触摸到可控核聚变的第一道门槛,但距离打开大门,依旧有很长的路要走。因为,在这过程中,中子辐射的难题一直没有解决。
物理中,我们学过:磁场可以控制电荷的运动。不论是带正电的原子核、带负电的电子,在磁场的作用下都会变得规律。但,在核聚变过程中,会释放大量中子。这些中子不带电,不受磁场的束缚,高能的中子会不停地撞击 EAST 设备的内壁。
EAST不可能经受持续撞击。因此,这也是 EAST 一次不能持续长时间开机的原因。但这些都是工程学上的问题。在理论方面,我们已经臻于完善,完全支持可控核聚变。李院士表示:21世纪50年代左右,我国将基本实现可控核聚变并网发电。
这就意味着,我们大部分人,在有生之年,看到可控核聚变的发电。对于我们的可控核聚变发电技术,大家有什么想法,欢迎在评论区一起讨论。
想了解更多精彩内容,快来关注科学新视界
便捷!佛山155条校园定制专线来了,途经南庄这些站点新学期开学季佛山155条校园定制专线即将开行覆盖佛山一中石门中学等27所学校校园定制专线新学期开学季,辅助公交平台联合各大运输企业为家长和学生打造绿色安全的放学与返校线路,共计划组
多方联动,多措并举,保障饮用水源保护区安全饮用水是人类生存的基本需求,饮用水安全直接关系到人民群众的生产生活和身体健康。南庄镇三面环水水系发达,全镇河岸线长达50多公里,水域范围涉及紫洞沙口以及藤溪三个水厂的饮用水源保护区
佛山这些场所有序开放!近日,南海区顺德区高明区分别发布关于有序恢复密闭场所经营活动的通知。全文如下佛山市南海区新型冠状病毒肺炎疫情防控指挥部办公室关于有序恢复密闭场所经营活动的通知为进一步落实落细新冠肺
勿松懈!禅城这些场所有序恢复经营佛山市禅城区新型冠状病毒肺炎疫情防控指挥部办公室关于有序恢复重点场所经营活动的通告为进一步落实落细新冠肺炎疫情分级分类防控工作,实现精准防控,根据疫情发展形势,现将有序恢复重点场所
在广东登记了这个事,就能有超长假期!关于三孩广东最新消息来了!中共中央国务院关于优化生育政策促进人口长期均衡发展的决定(以下简称中央决定)公布后,社会反响热烈。目前,广东正在深入学习贯彻中央决定精神,稳妥做好政策过渡
本土确诊新增62例!广东发布最新提醒9月16日0时至24时,31个省(自治区直辖市)和新疆生产建设兵团报告新增确诊病例84例。其中本土病例62例(福建61例,其中厦门市31例莆田市28例泉州市1例漳州市1例云南1例,
深化党建引领,绿岛社区打造和谐幸福家园2021年佛山市禅城区第四届和乐村居社区服务大赛,微志愿慈善金项目评选正式开启,绿岛社区以阳光绿岛项目积极参与评选,与佛山市青创社会工作服务中心联合开展志愿活动,深化绿岛社区党建引
暴雨7级阵风袭来!市民外出注意安全最新消息,今年的风王灿都正盘旋着准备离开中国近海!目前其级别已经降为台风级这对佛山来讲绝对是利好空调外机的影响会越来越小水汽也会重新聚集佛山气象台今天中午12点发布佛山雷雨警报目前
热情高涨!户外的熟人注意防暑!台风高温来袭佛山热情高涨用一句话来形容就是街上都是熟人广东的这根鸡腿也几乎烤熟了第13号台风康森(热带风暴级)9时中心位于距离越南东部近海海面上(北纬15。4度东经108。8度),
围绕群众急愁盼,抓细抓实我为群众办实事为进一步推进党史学习教育全面纵深开展,及时总结研究部署南庄镇党史学习教育工作,9月17日上午,我镇召开镇委党史学习教育领导小组会议。镇委党史学习教育领导小组领导小组部分成员单位相关
心系困难群众,南庄镇中秋节前暖心送爱!丹桂飘香,节近情浓,在中秋佳节来临之际,为让辖区独孤老人度过一个欢乐祥和的中秋节,9月14日9月18日南庄镇开展中秋节前系列走访慰问活动。南庄镇委书记叶华带队慰问孤寡老人和颐老院老