核聚变是如何工作的?
核聚变是包括太阳在内的恒星产生能量的过程。在聚变反应中,原子核"融合"在一起形成更重的原子核。为此,原子核需要有足够的能量来克服它们所经历的排斥力,因为它们都带正电。首先,它们还需要一个很好的相互碰撞的机会。
这些极高的压力和温度条件可以在恒星的核心中找到。例如,太阳中心的压力是大气压的惊人的 1000 亿倍,而温度则高达 15,000,000 C。
在这些条件下,氢聚变成氦很容易维持。在聚变反应中,生成的原子核(如果它比铁轻)的质量比结合形成它的原子核的质量略小。多余的质量以能量的形式释放出来,正是这种能量为恒星提供动力。
聚变反应不同于为核电站提供动力的"裂变"反应。在那里,重且不稳定的原子被分裂以产生能量(以及放射性副产品)。
相比之下,聚变能可以提供清洁、高效和无限的能源;它只需要水作为燃料(或锂),并且只会产生惰性、无毒的氦气作为副产品。
核聚变的一种途径是使用氢的同位素氘和氚原子。它们在令人难以置信的热量和压力下融合,产生的产品以热量的形式释放能量 Getty Images
问题在于,启动、遏制和维持核聚变反应带来了重大的工程挑战。全世界有许多研究机构致力于解决这个问题。
最近,中国的一个实验室在 17 分钟内实现了约 70,000,000 C 的聚变温度——这是一项了不起的成就,但距离成为商业能源还有一段距离。即便如此,科学家们估计,到本世纪下半叶,核聚变能将变得司空见惯。
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