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控制核聚变竟然比登录火星还难?

2017-11-27 16:59| 发布者: 编辑| 查看: 219| 评论: 0|原作者: 百家趣谈

摘要: 核能之所以强大,是因为其电子跃迁、逃逸使得元素变化释放大量能量。一般而言,我们认为核变是不能被控制的。而最新科学研究称:只要能控制逃逸电子,就能控制核聚变,那么就可以控制能量释放过程。现实意义就是重大 ...

核能之所以强大,是因为其电子跃迁、逃逸使得元素变化释放大量能量。一般而言,我们认为核变是不能被控制的。而最新科学研究称:只要能控制逃逸电子,就能控制核聚变,那么就可以控制能量释放过程。现实意义就是重大。

控制核聚变竟然比登录火星还难?

科学家发现了一种控制“逃逸电子”的新方法,朝着新型核聚变能源系统的开发又迈进了一步。

所谓的“逃逸电子”其实是具有极高能量的带电粒子,能够在聚变反应堆中毫无预警地加速,并摧毁反应堆的外墙。一项新研究发现,注入重离子的方法有可能使这些粒子减速,从而为世界首个可运转聚变反应堆的开发提供了可能。

瑞典查尔摩斯工学院的等离子体物理学家发现,重离子可以在托卡马克类型的反应堆中起到减缓电子速度的作用。托卡马克又称环磁机,是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环形容器。

举例来说,当氖和氩以气体或微粒形式存在时,能够用来与高能电子进行碰撞。在每一次碰撞过程中,高能电子会遇到阻力并减慢速度。研究人员表示,利用他们的新模型,可以预测出这些逃逸电子的能量,并确定它们将如何变化。

“当我们能使逃逸电子有效减速的时候,我们就与可运转聚变反应堆更近了一步,”博士生Linnea Hesslow说,“考虑到世界能源需求在不断增长,而可持续的解决方法却非常有限,因此,如果能实现可控核聚变的话将非常令人振奋,因为它的燃料就来自普通海水。”

聚变反应涉及到在高温和高压条件下,使较轻的原子核(如氢)结合产生更重的原子核(如氦)。当重氢(氘)和超重氢(氚)原子核——可以在氢原子中发现——融合时,会形成一个氦原子核和一个中子,并释放出巨大的能量。这样的融合需要将燃料加热到超过1.5亿摄氏度的高温,形成大量的等离子体。

强磁场可以用来约束等离子体,阻止它们冷却下来使反应停止。目前,托卡马克是用于生产受控聚变能中研究最深入的装置类型,也是未来设计核聚变反应堆的基础。过去50年来,全世界的科学家一直在努力尝试,希望使可运转的聚变反应堆成为现实。但截至目前,我们还未见到任何商业性的聚变能电厂出现。

控制核聚变竟然比登录火星还难?

这项新研究或许能帮助解决困扰这类系统的众多挑战之一,即需要超高压力和极高温度(大约1.5亿度)才能使原子结合。“这项工作的意义是巨大的。研究结果将用于未来的大规模实验中,并为困难问题的解决带来了希望,” Tünde Fülp教授说,“我们期待这项工作能带来重大的进展。”

近期有关核聚变的研究还取得了另一些重要的进展。例如,位于法国南部的国际热核聚变实验反应堆(ITER)就由于在该领域的前景而吸引了许多关注。不过,这类反应堆目前所产生的能源还未超过为其供应的能源,同时还面临着许多其他障碍。此次新研究或许将帮助解决逃逸电子的问题,为聚变能的有效利用提供了可能。

“许多人相信(聚变反应堆)会成功,但其实前往火星要比实现聚变容易得多,” Hesslow说,“你可能会说我们是尝试在地球上收获恒星能量,但这还需要时间。在地球上成功实现聚变需要极高的温度,比太阳中心的温度还高。这也是我希望研究能得到所需的资源,从而及时解决能源问题的原因。”


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