仅需0.6吨燃料就能发电100万千瓦可控核聚变技术有多强大

我要新鲜事2023-12-02 11:40:430阅

自从人类祖先离开树上，直立行走以来，能源的使用方式似乎一直没有太大的改变。无论是古代的钻木取火，还是近代以来的石油和天然气，这些能源本质上都属于化学能，通过破坏燃料的化学键来获得能量。电能的产生更是通过简单粗暴的方法，类似于烧开水一样的方式来实现。然而，随着核能的发现和利用，人类终于打开了一扇新的能源之门。

与化学能相比，核能的能量密度高出许多。相对于在分子层面上破坏化学键的化学能，核能根植于原子层面，能够释放更加彻底的能量。尽管人类目前只掌握了入门级别的可控核裂变技术，其能量释放远远超过核裂变，但真正体现核能威力的是核聚变。

天空中的太阳是最好的例子。太阳靠着内部氢元素核聚变的能量，已经释放了50亿年的光和热。如果人类能够掌握可控核聚变技术，就相当于制造了一个小太阳。依靠这个无尽的光和热源，人类可以释放几乎无限的电能。永不枯竭的可控核聚变小太阳将成为未来太空开发和星际航行的必备能源。

核聚变的能量密度有多大，以传统的火力发电站为例，为了年发电量达到100万千瓦，大约需要耗费200万吨煤来烧开水。而同样的发电量下，核裂变发电厂只需要30吨核燃料来烧开水。更令人惊叹的是，如果是核聚变发电厂，仅需要0.6吨聚变燃料就能实现发电100万千瓦的目标。

地球海水中的氢元素以及氢元素的三种同位素氕、氘、氚都可以作为核聚变的燃料。每升海水中含有约0.03克氘，在全球海洋储水量高达13.8亿立方千米的情况下，其中蕴含的聚变燃料足够人类文明使用数万年。这不仅可以从根本上解决能源问题，还能避免对地球环境的污染。

在能源空前富裕之后，即使存在大量损耗，无线供电也将成为可能。整个地球将被电能场笼罩，电能将无处不在，任何用电设备都能随时接收电力，再也不需要充电。

比地球海洋中的氢更适合做核聚变燃料的，是远在38万公里外的月球上的氦3。各国前往月球的目的主要就是为了获取氦3。在核聚变过程中，氦3不会产生任何辐射。据估计，仅在月表的月壤中就存在超过100万吨的氦3。未来无论是将其运回地球用于家庭能源补充，还是直接在月球上建立核聚变发电厂，都将成为可能。

要实现可控核聚变并利用其作为主要能源来源，仍面临着许多挑战。目前的可控核聚变技术仍处于实验室阶段，离商业应用还有一段距离。其中最大的挑战之一是如何实现高温、高密度的等离子体控制，以及如何建造能够承受极端条件的反应堆壁材料。此外，核聚变反应所需的能量投入目前还远远高于能量输出，需要解决能量盈余的问题。

尽管存在这些挑战，国际上仍在进行大量的研究和实验，以推动可控核聚变技术的发展。多个国家和地区都在建设和运营核聚变实验装置，如国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目。ITER是迄今为止规模最大的核聚变实验装置，旨在验证可行性并解决核聚变技术的关键问题。

除了可控核聚变，其他形式的清洁能源也在不断发展。太阳能、风能、生物能等可再生能源正在得到广泛应用，并在一定程度上减少对传统化石燃料的依赖。这些清洁能源的发展与利用将对减少碳排放、缓解气候变化产生积极影响。