浅析核聚变对未来能源发展的重要性

2016-04-27 02:06董寅
关键词:核聚变每千克化石



浅析核聚变对未来能源发展的重要性

■董寅

在科技飞速发展的时代,人类对能源的需求越来越高。然而,也伴随着地球资源的巨大消耗,人类继续寻找可替代的清洁能源。于是,核聚变应运而生。

一个简简单单的方程式,却蕴含着人们对未来能源的无限想象。

核聚变,顾名思义,即氘核与氚核聚变形成一个氦核并释放出一个中子和大量能量。相对于裂变来说,聚变反应具有更大的发展空间。首先,轻核聚变产能效率较高,相同质量的核燃料,聚变产生的能量更多,一个氘核和氚核聚变便可释放出17.6 MeV能量;其次,地球上聚变燃料的产量更丰富,每升水中含有0.03 g氘,而地球上氘的总量可达40万亿吨;再者,氢核聚变更为安全,清洁。铀核裂变会产生大量放射性物质,难以清除,而轻核聚变的放射性废物主要是泄漏的氘,以及其他物质,废物少且更容易处理。

传统的化石能源,其形成过程需要上万年的时间,且释放的二氧化碳会加剧地球的温室效应。如每千克甲烷可释放出50 200 J的热量,其温室效应是二氧化碳的25倍,而每千克热核聚变燃料聚变所放出的能量是374.4万亿焦,相当于12 800 t标准煤燃烧放出的热量,其对环境的污染也远远小于传统化石能源。可见,作为一种新型能源,核聚变能的发展空间是不容小觑的。

而核聚变是一个很难控制的反应,这需要极高的温度来加速布朗运动,从而使氢原子冲破静电力的作用,被核力(一种强相互作用力)所吸引,并放出巨大能量,但地球上没有任何一种材料能承受上亿摄氏度的温度。“为什么不让粒子在运动的状态下实现聚变呢?”根据电流的磁效应,我们可以利用强大的电流制造出强大的磁场,(qvB=mv2r-1)在速度一定的情况下,磁场越强,粒子运动半径越小,从而使高温下的等离子体被约束在一个极小的空间内,避免了粒子的飞散。但这种方法所需成本过高,对于工业生产并不适用。

还有一种方法是惯性约束,主要是把氘和氚的混合物集中在一个极小的球体内,利用激光照射小球,在高温下,小球内产生强大的反冲力,从而将氘和氚“挤压”成氦核,由于质量亏损,释放出巨大能量。这种方法所释放的能量,相当于百万千瓦级的发电站,具有可观的前景。

然而,由于氘核提取的困难以及为了实现可持续发展,人类不得不转向新的目标。阿波罗探月计划表明,月球上存储的氦-3可以百万吨计算。科学家表示,氦-3可在核聚变中释放出大量能量,而且几乎不产生放射性污染,被认为是21世纪人类社会的完美原料。于是,人们把开采月球上的氦-3认为是一项“具有神奇色彩的潜力工程”。

科学如同浩瀚的宇宙,而我们所掌握的只不过是茫茫宇宙中的一粒尘埃。核聚变对于物理学的发展,乃至对人类生存都有着十分重大的影响。面对能源危机,化石能源被新型能源所取代,绝不只是天方夜谭,核聚变必然会在其中扮演一个重要的角色,世界能源的格局也必然会因核聚变而发生重大的改变。

作者单位:河南省驻马店高级中学583班

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