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海水中蕴含无穷氘资源 可维持人类250亿年所需

http://www.kexue.com 2014-03-25 10:37:42 腾讯科学  发表评论


核聚变反应是人类迫切需要的能源形式

核聚变是一种非常清洁的能源,且原料可来自海水

  我们目前所使用的能源形式都存在种种缺陷,比如化石燃料在不久的将来面临枯竭,风能太阳能所能提供的电力有限,核电站产生的核废料和冷却水排放都需要更加严格的监测,因此科学家试图找到更加高效和强大的能量形式,于是核聚变(人造太阳)成为目前在研的能源技术。据估计,海洋中的氘资源能够提供人类250亿年的能量消耗(以当今的能量消耗速率计算)。可以认为核聚变电站可以一劳永逸地解决全球变暖的问题,该技术可以让全世界使用到无限而且清洁的能源,目前世界上几个国家已经开始研究核聚变,国际热核实验堆已经在法国建设。

  核聚变比核裂变释放出更强的能量,同时不会产生放射性的核废料,因此核聚变是一种清洁而高效的能源,但是我们目前仍然没有掌握可控核聚变的技术。美国科学家在可控核聚变上进行了开创性的研发,但是目前用于发展该技术的资金较少,更离奇的是,美欧等每年在风电等能源上投入了大量资金,可达到千亿美元的规模。因此有评论认为中国和韩国可能在核聚变研究领域会有所突破,因为他们可以获得资金的支持。

  核能其实是一种令人生畏的能量,原子核虽小,微小的质量亏损只要乘以光速的平方就可以获得巨大的能量,早期的核裂变反应堆是第二次世界大战中的曼哈顿计划,利用铀原子分裂时产生的能量,但这是非常危险的,同时也是非常简单的核裂变形式,只要你获得大量的放射性铀,然后就可以利用裂变原理发生连锁反应,最后我们会得到核废料,于是如何处理核废料成了一个大难题。

  传统的核废料处理方法是使用密封的容器封闭起来,然后进行深埋,或者丢到无人区、深海中,这就会造成不可预测的后果,虽然这些密封的容器可以承受海底的高压,但是核泄漏仍然存在可能。相比之下,核聚变就清洁多了,无放射性的危害,而且聚变反应堆的原料是重氢,我们可以从海水中提炼,因此核聚变是取之不尽,用之不竭的能源形式,如果将其用于宇宙飞船,就有可能进行星际旅行。

  核聚变有着如此多的优点,但要想获得核聚变装置必须突破非常多的瓶颈,比如反应过程可达到2亿摄氏度,物质形式为等离子体,是固态、液态和气态之外的第四态,几乎没有材料能承受如此高的温度,因此我们需要用磁场来束缚,这就如同我们把太阳装入了一个瓶子之中,可想而知其难度有多大。正因为此,一些怀疑论者认为核聚变很难在近期实现,但来自英国聚变能源中心的史蒂夫·考利教授认为目前核聚变已经取得了非常大的进展。

  美国橡树岭国家实验室曾经是曼哈顿计划的大本营,其负责聚变能源研发的科学家戴夫-拉斯穆森认为国际聚变堆将发挥重要的作用,在2020年中期将实现500兆瓦的能量输出,这相当于一个中等规模的商业电站。(罗辑)

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