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核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

簡介約束控制住反應物只是實現可控核聚變的基礎,接下來還要實現聚變燃料的點火,利用約束裝置使反應物處於符合反應啟動條件的高溫高壓環境下,從而引發核聚變,最後讓輸出能量大於輸入能量,併成功將這部分能量匯出用來發電,這才算初步掌握了可控核聚變技術

核變屬於裂變嗎

1932年,澳大利亞科學家馬克·歐力峰發現了核聚變反應。1938年,德國科學家奧托哈恩及斯特拉斯曼在中子撞擊鈾原子核實驗中,發現了核裂變反應。

此後,原子彈和氫彈的爆炸,基本上讓全世界人民都知道了,小小的原子核中竟然蘊含著如此巨大的能量。這裡說明一下,核反應的發現與愛因斯坦沒有半毛錢關係。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

釋放原子核中的能量主要有兩個途徑,一個是核裂變,另一個是核聚變。核裂變就是讓一個原子核分成兩個更小的原子核,而核聚變就是反其道而行,將兩個較小的原子核結合成一個更大的原子核。比如太陽內部正在進行的核聚變反應就是將兩個氫原子核聚變為氦原子核,同時釋放出巨大的能量。

在一定條件下,核聚變和核裂變均能夠釋放巨大的能量,其中核聚變所能釋放的能量相對核裂變來說更多,不過產生核聚變所需要的條件相對於核裂變來說也更加難以實現。此外,不同型別的原子核聚變反應條件的實現難易程度以及反應後所釋放的能量大小,也各有不同。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

核聚變反應和核裂變反應的實現並不難,目前都能夠做到,但要實現可控卻並不容易。所謂可控,就是聚變反應過程要做到可控可停,使之能夠持續穩定地輸出能量,讓能量能夠匯出,而不是一瞬間釋放完,從而引發爆炸。

太陽的光和熱就來自於其核心處的核聚變,因此可持續輸出巨大能量的人工核聚變裝置,也被譽為“人造小太陽”,被科學家們視作解決人類能源問題的終極方案。並且只要聚變反應物選擇得當,僅會產生極少的核廢料,能夠成為遠優於核裂變的清潔能源。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

在上個世紀,可控核裂變技術就已被應用於發電,不過核能中更為優異的聚變能卻始終不能被人類所掌控,那是因為可控核聚變技術的實現真的很困難!

先研究原子彈再研究氫彈,就是因為氫彈的啟動需要依靠原子彈爆炸產生的高溫高壓進行實現。就拿溫度來說,以啟動條件最低的氫聚變為例,要發生維持聚變,聚變容器中的等離子體的溫度需要維持在1億攝氏度以上 。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

在這種高溫下,物質只能以等離子狀態存在,而任何實物容器都不能承載如此高溫的物質,只能利用無形的力場囚籠困住它。

困住反應物的這個過程被稱之為約束,通常包括重力場約束、慣性約束和磁約束。其中太陽中心的核聚變就是依靠重力場進行約束,而目前人類在地球實驗中能進行的則是慣性約束和磁約束。

慣性約束的實現,通常是利用大量的鐳射束進行控制。鐳射核聚變的構想是由蘇聯科學家N。巴索夫、中國科學家王淦昌分別獨立提出來的。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

磁約束,顧名思義就是利用強大的磁場,困住等離子體,主流的磁約束聚變裝置型別包括託卡馬克和仿星器。

核聚變是什麼?為什麼氫彈都造出來了,可控核聚變卻這麼難實現?

約束控制住反應物只是實現可控核聚變的基礎,接下來還要實現聚變燃料的點火,利用約束裝置使反應物處於符合反應啟動條件的高溫高壓環境下,從而引發核聚變,最後讓輸出能量大於輸入能量,併成功將這部分能量匯出用來發電,這才算初步掌握了可控核聚變技術。

要想讓這一技術走出實驗室,步入商用階段,具備實用價值,必須要保證核聚變反應堆安全穩定且持續輸出較大的增益能量才行,而人類目前離這一要求還很遠。

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