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2040年可能用上新核能

发布时间:2019-08-15 18:26:53

  对于人类来说,随着矿物燃料的日渐枯竭,如何利用核能成了一个 想说爱你不容易 的棘手问题。其实,在利用核能的领域,核裂变反应还有一个孪生兄弟,那就是核聚变反应。近日,美国一个名为 国家点火装置 的核聚变实验装置实现了 核聚变过程中释放能量大于消耗能量 ,这在核聚变的研究方面是一个重要的成果,同时也让人们可以放眼展望更加清洁、高效、安全的核能应用新纪元。

  核聚变反应原理简单实现很难

  既然核聚变是核能应用领域的未来,我们就要知道什么是核聚变,它同核裂变有怎样的关系。合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的张振博士对本报解释说: 核裂变反应是通过物理反应令核燃料的原子核(重核)发生分裂,形成两个新的原子核(轻核),而核聚变则是反其道而行之,是由两个轻核(分别是氢原子和氘原子)融合到一起形成一个重核(氦原子),并在融合的过程中放出能量。

  虽然听上去简单,但是在实际操作中,核聚变的难度是相当大的。张振介绍了核聚变反应的三个重要条件: 我们用打火机点燃某物,需要达到燃点物品才能被点燃。进行核聚变也需要达到临界点才会发生。首先是温度,前面提到的美国这个核聚变实验装置中,他们用上百条激光对靶丸进行加温来获得核聚变所需要的高温和高压;其次是反应器中反应物的密度,因为原子发生融合反应是一个小概率事件,所以想进行核聚变反应,需要在反应器中注入高密度的反应物,并约束在一个较小的体积内,这样才有可能发生融合反应;最后,如果反应器中的氢原子核和氘原子核只是简单地碰撞还不足以完成融合反应,需要克服原子核之间的电磁力,当原子核之间的距离小到它们之间相互吸引的核力大于相互排斥的电磁力时,才能产生核聚变反应。

  此外,如何为反应物氢原子和氘原子提供一个安全的 约会 地点也非常重要。 因为核聚变反应所需要的温度相当高,在现实中没有任何物质能够承受融合反应发生时上亿度的高温。目前可控核聚变主要有两种方式,一种是惯性约束核聚变,一种是磁约束核聚变。我们在EAST(东方超环)核聚变实验中使用的是后者,利用磁场来约束超高温的反应物,让它在环形的反应容器内部运动而不会接触反应容器。

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