可控核聚變真實存在很多人可能懷疑是不是真的能夠做到“可控核聚變”。相比可控核裂變來講,可控核聚變的優勢在于,可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應,太陽無時無刻不在進行這核聚變反應,太陽的核心其實就是可控核聚變,可控核聚變是指人們可以控制核聚變的開啟和停止,以及隨時可以對核聚變的反應速度進行控制。
1、可控核聚變的難點在哪里?
對能源的利用方式,決定了人類文明進步的程度。懂得了用火,人便從猴變成了人;懂得了用電,人類便進入了電氣時代;掌握了核變,劃時代的核能時代便開始了,風能水能太陽能,這些不值一提,因為它們的能源太不密集了,不堪重用。雖然人類已經懂得了利用核能,但現在還主要是通過核裂變的方式獲取能源,看似已經很厲害了,但是核裂變是最低端的核能利用方式,
這時候,核聚變的優勢就體現出來了:核聚變不會產生核輻射污染,完全清潔能源,即便發生核事故,也不會像核裂變核電站產生那么恐怖的危害;核聚變的原料為重水,可以從海水中提煉,多的是,而核裂變的原料為鈾,相對來說就很稀有了。但是核聚變雖然滿星空都是,但可控核聚變實現起來卻并沒有那么容易,條件要比核裂變要苛刻得多:核聚變的溫度需要1億度,這樣高的溫度實現起來非常困難,
氫彈是不可控的核聚變技術,氫彈里邊必須要裝一顆原子彈,才能將氫彈引爆。如何實現這樣的溫度,現在采用的是激光聚焦的方法,即通過全方位的激光聚焦,讓中心物質發生向心塌縮聚變,但這一技術說起來容易,做起來就非常困難。另一個難度是,如此高的溫度,應該找個什么樣的“容器”來裝它?這種裝置被稱之為托卡馬克,它的原理是利用磁場將高溫等離子體約束在里邊,
核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,并釋放出能量的過程。自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應在太陽上已經持續了50億年,可控核聚變俗稱人造太陽,因為太陽的原理就是核聚變反應。核聚變反應主要借助氫同位素,核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射,不產生核廢料,當然也不產生溫室氣體,基本不污染環境。
要想控制核聚變必須解決兩個問題,高溫與高壓:高溫可以讓粒子運動速度加快;高壓,可以是粒子運動范圍縮小,而這兩個都能提高粒子相互撞擊的概率,太陽無時無刻不在進行這核聚變反應。為什么它能那么穩定持續的輸出能量呢?因為太陽發生反應的內核,溫度在一千到兩千萬度左右,并且有著強大的引力約束,所以原子核相撞的前提就有了。
在地球上要達到上億度,這么高的溫度的等離子體,增壓才能控制住,保證反應裝置不被“燙”壞?目前主流的方法都是磁約束,這些高溫等離子體,被磁場拘在一起,維持聚變的狀態,不停的旋轉運動。如果把核聚變反應堆看成一個火爐,第一個問題就相當于“怎么點火”,第二個問題相當于“怎么保證不把爐子燒穿”,對第一個問題的回答,慣性約束激光點火是一條思路。
把聚變燃料放在一個彈丸內部,用超強激光照射彈丸,瞬間達到高溫,彈丸外壁蒸發掉,并把核燃料向內擠壓,美國的“國家點火裝置”和中國的“神光三號”等實驗裝置,走的就是這條路。對第二個問題的回答,磁約束是一條思路,把聚變燃料做成等離子體(原子核和電子分離,都可以自由流動),用超強磁場約束等離子體,讓它們懸空高速旋轉,不跟容器直接接觸。
EAST等托卡馬克裝置,走的就是這條路,然而這兩條路是互相矛盾的。聚變燃料如果處于靜止,就很難不把容器燒穿;而如果處于運動中,聚焦點火又變得困難,這就是可控核聚變難度如此之大的原因。人類投入了大量的資源、資金和時間,卻收效甚微,核聚變幾乎是絕無僅有的一個,甚至不能確定現在聚變方案,磁約束(托卡馬克、仿星器、箍縮等)、慣性約束是否真的可行,但人類必須堅持下去,因為我們承擔不起失敗的后果,
2、核聚變為什么不可控?難關在哪里?