怎样实现可控核聚变,如果核装置改用氦3作燃料,能否实现可控核聚变

核聚变反应是这个宇宙最常见的释放能量的方式怎样实现可控核聚变,太阳和所有的恒星都是用这种方式释放着光和热。人类也用这种方式制造出威力巨大的氢弹。

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怎样实现可控核聚变,如果核装置改用氦3作燃料,能否实现可控核聚变

核聚变反应威力是巨大的,在太阳核心中进行的核聚变反应,每秒中能释放出相当于9.2×10∧16吨TNT炸药释放的能量,相当于18.4亿颗人类制造的威力最大的氢弹“沙皇”同时爆炸。

怎样实现可控核聚变,如果核装置改用氦3作燃料,能否实现可控核聚变

如何让核聚变反应成为人类可以控制可靠能源,一直是科学家们想做到的。核聚变反应需要极高的温度和压力才能达成。氢弹就是利用一颗小型原子弹的爆炸产生的高温、高压使得氘和氚发生核聚变反应的。

图:氢弹结构示意图

然而,氘和氚的核聚变反应需求的条件是最低的,所以,人类目前在做的第一代核聚变反应堆使用的核聚变材料是氘和氚。氘在海水中的含量比较丰富,足够人类按目前的能源需求量使用上百亿年。氚的半衰期比较短,只有12.43年,也就是说,每过12.43年它就会有一半衰变成氦3,所以自然界中储量极其稀少。但可以通过中子轰击锂人工合成。目前合成的成本很高,每克高达数万美元,主要用于军事目的。

氦3也是一种核聚变材料,它进行核聚变反应不会产生危险的自由中子,不会产生核辐射。使用它作为核聚变材料的反应堆可以不用厚重的防护层,可以实现小型化。但是它发生核聚变反应的条件比氘-氚核聚变高,是目前还不能做到的。即便是氘-氚核聚变都还没有实现。

氦3在地球上的储存量极其稀少,但在月球上储量估计达到了上百万吨。这也是人类探索月球、建立月球基地的动力之一。

戴森球,是普林斯顿研究院教授弗里曼·戴森在1960年就提出的一种理论。

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图1.弗里曼·戴森

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没错,戴森教授在戴森球等理论的阐述上,更像是一个科幻作家。戴森球是指一个人造巨型天体,包裹住恒星,吸收恒星的绝大部分辐射,这种近乎于掠夺的资源截获方式,才能支撑超高等文明的发展需求。也因此,以戴森球为基础的进一步理论是:

图2、戴森球模型

探寻戴森球的存在,以此来寻找超高等的文明。

戴森球的理论支撑并不复杂,其实就是一个超大的太阳能板而已。但这需要大量的资源投入,而且没有理论支撑,这是否会地球的生态产生巨大的影响,更主要的是,以硅为基础的太阳能板,在靠近太阳、并将太阳包裹的过程中,根本承受不了太阳的巨大辐射能,更不要说耀斑和太阳风。还有:包裹太阳吸收的巨大能量,必然会带来过度负载。

材料、工程、资源等等,都远远不是现在人类能达到的水平。而可控核聚变,似乎简单多了,但,即使如此,也是有效控制“氢弹爆炸”的过程,但目前来看,还不能投入使用,不过相信可控核聚变成为大规模现实后,人类将迎来再次腾飞!

2022-06-10

2022-06-10