合肥“人造太阳”做出来了吗? 人造太阳
人造太阳(合肥“人造太阳”造的?)
这是网友在网上经常看到的疑惑的问题 。今天,我们一起来解开这个谜团 。
首先,所谓的“人造太阳”并不是某些人想象的拍着脑袋制造一个明亮的小太阳,而是核聚变获得的能量,可以用来发电,也可以作为各种动力源 。说了这些,就应该明白所谓的“人造小太阳”对人类有什么用了 。
说穿了,“人造小太阳”就是一个核聚变反应堆 。反应堆是允许核反应在其内部发生的装置,它是指包括建筑物在内的一整套设备系统 。核聚变反应堆为什么被称为“人造小太阳”?这是因为核聚变的原理模仿了太阳 。
包括太阳在内的所有恒星,其核心区域都在不断进行氢核聚变,产生巨大的能量,使恒星变成一个巨大的电离气球,带着光和热,通过电磁辐射不断向Tai 空释放能量 。只有地球能分享22亿分之一的太阳辐射能量,才能养育亿万生命,才能让人感受到美好 。
人类模仿太阳的核聚变模式,在地球上建造核聚变反应装置,不断进行实验 。这类项目或工程俗称“人造小太阳” 。
合肥的“人造小太阳”就是这样一个研究基地 。这个基地成立于1978年9月,前身是合肥受控热核反应研究实验站,后改为中国科学院等离子体物理研究所,简称“等离子体所”,简称ASIPP 。现在,这个研究所进行的受控核聚变研究已经走在世界前列 。
人造受控核聚变与太阳核聚变的区别核聚变是目前人类掌握的最大的质能转换技术,但目前人类掌握成熟的核聚变方式还是不可控的,那就是氢弹爆炸 。这种核聚变方式“爆炸”过一次,那是能量的瞬间释放 。除了威慑和战争,它很难用于造福人类社会 。
【合肥“人造太阳”做出来了吗? 人造太阳】受控核聚变就是让这种多核能量经历一个缓慢释放的过程,从而可以作为发电的能源,或者作为地面交通、航空空、航天等的优质能源 。说起来,太阳的核聚变也是受控的,可以慢慢燃烧100亿年 。这是因为太阳的核聚变受到引力的约束,即太阳巨大质量的引力向心压力抵抗核聚变巨大的辐射压力 。两种压力形成平衡,使太阳稳定燃烧46亿年,还可以再燃烧54 ~ 64亿年 。
这种重力约束形成3000亿个大气压,使地核产生1500万度的高温 。太阳的核聚变就是在这种条件下继续进行的 。地球上的人类无法制造出这么高的压力,所以要实现可控核聚变,只能想办法提高温度 。通过科学实验和研究,在地球条件下实现可控核聚变至少需要上亿℃的温度 。
核聚变是氢同位素氘和氚的原子核聚合成氦的聚合过程 。要实现这种聚变,需要具备剥离氢原子周围电子的条件,使隐藏在原子中心的原子核暴露出来,原子核相互碰撞聚变,这样氢原子核就会凝聚成氦核,失去约0.7%的质量,转化为能量释放出来 。
一般来说,只要温度达到10万度,原子周围的电子就可以被剥离 。但是,如果原子的外围电子被剥离,核聚变并不意味着会发生核聚变 。这是因为所有的原子核都带正电,同性相斥,原子核之间存在所谓的库仑力,也就是原子核之间的斥力,使它们不接触,不融合 。
为了熔化它们,有必要在不增加压力的情况下再次升高温度 。根据热力学定律,温度越高,粒子的振动就会越剧烈,达到1亿℃,这些粒子的布朗运动就会达到疯狂的程度,以至于在剧烈的碰撞中无可奈何地融合在一起 。
受控核聚变的难点受控核聚变需要克服两个主要困难:1 .如何约束可控核聚变所需的极高温度,换句话说,什么容器能装这么高的等离子体,让它们不乱跑,不捣乱;2.输出能量怎么能大于输入能量,比例越高越好 。
先说第一个难点 。
地球上所有的物质中,耐高温的合金是铪,熔点4400℃;金属是钨,熔点3410℃;它是非金属碳,熔点为3850℃ 。熔点是多少?当温度这么高时,它融化成液态,然后蒸发 。
地球物质的耐受温度不到10000度,而聚变温度需要10000度,还差得远 。那么什么样的容器可以用来“装”一亿度高温等离子体进行核聚变呢?物质的东西不行,只能找非物质的东西 。根据等离子体的带电性质,科学家们找到了一种磁约束方法 。
所谓磁约束就是设置一个真空磁阱,让高温等离子体被约束在这个磁阱里燃烧 。磁阱可以将高温等离子体与设备无任何接触地隔离,使等离子体不能熔化或汽化设备 。
这种设备俗称托卡马克装置,最早是前苏联发明的 。它是目前世界上最常见的受控核聚变实验装置 。世界上还有很多国家在进行惯性约束实验,这也是实现可控核聚变的一种方法 。有不同的用途,今天就不展开了 。
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