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地球靠什么能源“流浪”？可控核聚变了解一下

以往谈起中国科幻片 ， 人们首先想到的是经不起推敲的剧情和五毛特效 。近期 ， 一部名为《流浪地球》的科幻电影让我们看到中国科幻片的曙光 ， 具有里程碑式的意义 。
该影片的故事背景设立在遥远的未来 ， 人类赖以生存的太阳极速老化 ， 即将进入红巨星的膨胀阶段 ， 地球将被膨胀的太阳大气所淹没 。在人类命运即将面临存亡的关头 ， 人类联合政府做出了一项决定 ， 集合人类所有力量在地球表面建造1万个行星推进器装 ， 将地球推离现有轨道 ， 去寻找新家园——距离我们4.2光年的比邻星 。
在茫茫的宇宙中 ， 人类和地球犹如大海中的一叶扁舟在孤独地流浪 ， 同时也将面临着重重的危机……
影片《流浪地球》的巨大成功 ， 除了一流的画面和剧本之外 ， 自然少不了很多建立在物理学基础上的设定 ， 将科学与幻想完美地结合在一起 。
比如整部电影对于天文、地理、物理、机械等方面有着丰富的表现 ， 让人不自觉地产生一种真实感和代入感 。以至于看完整部电影不经让人联想：人类的未来究竟会怎样？如果人类真的失去太阳 ， 我们需要依靠什么去流浪呢？
一、地球注定流浪
太阳发光发热 ， 为地球源源不断地输送能量 ， 是因为它内部时时刻刻发生着核聚变反应 。大约70亿年之后 ， 太阳会耗尽其氢燃料 ， 并开始停止氦的熄灭 。这个进程会让太阳收缩成一个宏大的红巨星 。收缩的太阳放出的热量会将地球和火星彻底烤焦 ， 甚至让地球蒸发 。因此地球需要脱离太阳系 ， 开启流浪模式 ， 寻找新的居所 。
按照小说设定 ， 从地球到比邻星这是一场长达2500年、需要100代人才能完成的恢弘计划 。它分为了五个阶段：(1)刹车阶段：凭借赤道上“行星发动机”的巨大推力 ， 使地球停止自转；(2)逃逸阶段：全功率开启行星发动机 ， 使地球加速驶出太阳系；(3)先流浪阶段：利用太阳和木星完成最后的加速 ， 驶向人类选定的新家园“半人马座比邻星”；(4)后流浪阶段：驶出太阳后 ， 行星发动机全功率开启 ， 利用500年的时间将地球加速到光速的千分之五 ， 然后滑行1300年；调转发动机 ， 利用700年进行减速；(5)新太阳时代：地球泊入比邻星轨道 ， 成为比邻星的卫星 。
二、地球流浪的能源希望
从整个流浪计划来看 ， 地球在2500年的时间里需要消耗大量的能量 ， 包括加速、减速阶段、行星发动机的耗能以及生活在地下空间所需要的能量 。
根据当今能量来源 ， 可分类为：化石能源、太阳能、风能、核能、潮汐能以及生物质能等 。化石能源包括石油、天然气和煤炭 。
根据2012年统计结果来看 ， 石油还可用35年 ， 天然气还可用38年、煤炭还可用58年 ， 很显然这远远不能满足地球流浪所需要的能量 。
当地球逐渐远离太阳 ， 地表温度也会慢慢降低 。电影中地球表面的温度已经是零下80摄氏度 。所以 ， 太阳能已不可取 。风能、生物质能以及潮汐能因为能量太小 ， 同样无法满足地球流浪的能量需要 。
剩下的核能又如何呢？核能包括裂变能和聚变能 ， 这里介绍一个专业词汇——比结合能 。原子核是核子凭借核力结合在一起构成的 ， 若干个核子结合在一起所释放出的能量或者将原子核的核子全部分散开来所需要的能量 ， 就是结合能 。
原子核的结合能与核子数之比 ， 称做比结合能 ， 也叫平均结合能 。比结合能越大 ， 原子核中核子结合得越牢固 ， 原子核越稳定 。据此：若将若干个比结合能较小的原子核结合成一个结合能较大的原子核 ， 则其所吸收的能量小于释放的能量 ， 这即为产生正能量 。
这里元素的比结合能图片如下所示：

地球靠什么能源“流浪”？可控核聚变了解一下

文章插图
元素比结合能图
可以看出 ， 铁元素比结合能最大 。若将较重的元素裂变出多个元素放出能量 ， 即为裂变；若将两个轻元素结合在一起则会释放出能量 ， 这即为聚变 。一般而言 ， 聚变到铁元素即为聚变的终点 。


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