为什么可控核聚变那么难?

如题所述



导语:从人类学会使用火到现在使用煤、石油和天然气,能量一直是通过破坏燃料物质的化学键来取得的,可以说数万年没有改变过这种方式,直到人们发现了核能的奥秘。

核能带给人的能量,可以说是化学能的百万倍之多,核能被发现标志着人类彻彻底底打开了另一扇“能源之门”。核反应是基于原子层面的,比化学能的分子层面的能量释放更加彻底,得到的能量也远超后者,只是人类目前对核裂变技术的掌握还停留在初级。尽管只是初级层面,人类就已经收到了核能源带来的很多好处。

01

核聚变得到的能量究竟有多大呢?

以目前人类常用的火力发电来说,如果要发100万千瓦的电,那么需要的煤的数量是200万吨。利用核能发同等量的电,核裂变需要30吨核燃料,核聚变则仅仅需要0.6吨核聚变燃料就能做到。怎么样,是不是惊叹于核燃料的高效与神奇!

02

可控核聚变的优点你知道吗?

核燃料的来源十分之广泛,几乎可以说是取之不尽。海水中的氢元素以及氕氘氚元素,都是核聚变的主要燃料。全球海水储存能量14亿立方千米左右,其中蕴含的氢元素以及氕氘氚元素能满足人类试用上万年,而且这么做的优点是不仅可以解决能源短缺问题,还可以减少对地球环境的污染

甚至我们可以畅想:未来,能源空前富裕,核聚变的广泛应用使得用电没有任何阻碍,火力发电已经被完全取代,每年因烧煤产生的污染物大大减少。这是多么令人振奋的场景!

03

月球上的“这1物质”或更适合做核聚变燃料

月球上有一种物质——氦3,比海水中的氢更适合做核聚变燃料,这是为什么呢?因为氦3是最适合核聚变的元素,在核聚变的过程中,氦3不会产生任何的辐射!不仅如此,氦3在月球的储量也异常的丰富,科学家估计月球至少储存了数百万吨的氦3。正是因为月球上有这个么“好东西”,各个国家才会加紧对月球的登陆。

04

人类离掌握核聚变技术还有多远?

利用核聚变的能量,最重要的就是实现可控核聚变。这个概念自从在上个世纪被提出,就有很多人问什么时候可以真正实现,得到的回答是五十年之后,可是到今天已经过去了五十年还不止,为什么实现可控核聚变这么难呢?

现在很多研究核聚变的国家都没有解决一个难题:那就是输入的能量远远大于输出的能量。要知道,只有输出能量是输入能量的十倍以上的时候,可控核聚变技术才算初步成功,而现在即使最好的实验结果也仅仅是输入的能量比输出的能量稍大或者相等。

但是令人振奋的是,中国的可控核聚变技术已经实现了突破性进展,中科大的“中国太阳”实验已经可以在保持1亿度的情况下稳定运行100秒之久!

结语:

我们可以试想下,下一个五十年,可控核聚变技术已经成功被研究出来并且被广泛应用,人类的未来必将无比灿烂,人类的未来必将无比光明!

温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2022-03-14
核聚变难以控制的原因主要是反应温度过高、反应原子质量很小(一般聚集状态都是气体)、反应启动需要的能量很大(貌似要用核裂变来启动。
第2个回答  2024-09-11
可控核聚变之所以难以实现,主要原因包括以下几点:
极端操作条件:核聚变需要在极高温度(上亿摄氏度)下进行,这样的温度远远超过任何材料的承受极限。为了维持这种高温,需要使用特殊的技术,如磁场约束或惯性约束,来保持等离子体的稳定,避免与反应器壁接触导致迅速冷却。
能量增益挑战:实现核聚变需要巨大的能量输入来启动和维持反应,而目前的技术还未能实现能量的净增益,即输出能量大于输入能量。这是一个关键的技术门槛,只有跨越这个门槛,核聚变才能成为实用的能源。
材料挑战:核聚变过程中产生的高能中子会对反应器材料造成损伤,导致材料性能下降。同时,反应器材料需要能够承受极端的温度和压力条件。
技术复杂性:核聚变技术涉及多个学科领域,包括物理学、工程学、材料科学等,需要高度复杂的系统集成和精细的控制技术。
国际合作与投资:核聚变研究需要巨额的资金投入和国际合作。例如,国际热核聚变实验堆(ITER)计划就是一个跨国合作项目,旨在建立世界上最大的托卡马克装置,但面临成本超支和时间延误的问题。
商业化进程:尽管近年来在核聚变研究领域取得了一些进展,如中国的EAST(东方超环)和民营企业能量奇点的全高温超导托卡马克装置,但要实现商业化发电,还需要解决从实验装置到商业电站的多个阶段的技术难题。
政策和市场因素:核聚变技术的商业化不仅需要技术突破,还需要政策支持和市场接受度。这包括建立相应的法规、标准和供应链,以及确保核聚变能源的经济性和竞争力。
综上所述,可控核聚变技术虽然具有巨大的潜力,但要实现其商业化和实用化,还需要克服众多技术和非技术挑战。尽管如此,随着技术的不断进步和国际合作的深化,可控核聚变的未来仍然充满希望。森木磊石积极研制了PSM高压电源系统、高频逆变式高压电源系统、阳极高压电源等装置,用于为托卡马克装置供电及加热,以形成聚变反应需要的1亿摄氏度以上的高温环境。
相似回答