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仅需0.6吨燃料,就能发电100万千瓦,可控核聚变有多强大?

从人类祖先从树上下来开始直立行走,到发射火箭把宇航员送上太空和月球,在这几十万年里人类对能源的使用方式几乎没什么改变。

不论是古代的钻木取火还是柴草煤炭,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,都是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“花式烧开水”来实现的。

直到核能的被发现和利用,人类才算又打开了一扇能源之门,而且这道门里的能量密度,是化学能的上百万倍。

因为相比分子层面化学键的断裂,扎根于原子层面的核能,释放的能量更加彻底,但人类目前掌握的可控核裂变技术,还只是入门级别的核反应,能量释放远超核裂变的核聚变,才是核能真正威力的体现。

此刻天空中的太阳就是最好的例子:它靠着内部氢元素核聚变的能量,已经释放了50亿年的光和热了。

如果人类掌握了可控核聚变技术,就相当于自己制造了一颗太阳,靠着它带来的无尽的光和热,可以释放近乎无限的电能,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。

核聚变的能量密度究竟有多大?

举例来说:目前传统的火力发电站,如果年发电量是100万千瓦的话,大约要耗费200万吨煤来烧开水,同等发电量的情况下,核裂变发电厂需要30吨核燃料来烧开水,但如果是核聚变发电厂的话,只需要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,都能作为核聚变的燃料,而且每升海水中就含有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挥霍数万年,不但能从根本上解决能源问题,而且还能避免对地球环境的污染。

甚至在能源空前富裕之后,无线供电过程中产生大量损耗也许都能被接受,届时整个地球都将笼罩在电能场中,电将和空气一样无处不在,任何用电的设备都能随时接收到电力,再也不需要充电。

但比地球海洋中的氢更适合做核聚变燃料的,是远在38万公里外的月球氦3,现在各国去月球的目的,也基本都是为了它。

因为氦3在核聚变过程中不会产生任何辐射,且仅在月表的月壤中就有超过100万吨氦3,未来不管是运回地球补贴家用,还是直接在月球上建立核聚变发电站扩大月球基地,都需要大规模开采氦3。

《钢铁侠》中安放在主角胸口的方舟反应堆,在背景故事里也属于核聚变反应堆,但不同于氢弹和太阳这样的热核聚变反应,钢铁侠的方舟反应堆属于“冷核聚变”,也就是一种在常温条件下就能实现聚变能量释放的技术,属于地地道道的“黑科技”。

从上世纪50年代提出可控核聚变以来,这项技术就有了一个“50年魔咒”。

因为每次问“什么时候实现可控核聚变?”

得到的回答都是

“50年后”

虽然现在合肥中科大的“中国太阳”可控核聚变装置,已经实现了1亿摄氏度情况下稳定运行100秒,其他国家的可控核聚变技术也在进步,但它们都有一个致命的弱点,那就是输入的能量远大于输出的能量,现在最好的实验数据,也仅仅是输出的能量略小于或者相等于输入的能量。

这个弱点或者说缺点,决定了目前的可控核聚变技术无法投入实际应用,考虑到核能的能量密度,只有当输出的能量10倍甚至20倍超过输入的能量时,可控核聚变技术才算成功,人造太阳才能成为现实。

如果在下一个50年里,可控核聚变真的能成功的话,人造太阳的能量肯定会被首先应用在火箭和飞船上,到时候只需要很少的核燃料,就能把体积巨大的火箭和飞船送上太空,速度也将达到千分之一甚至百分之一光速。

人类文明灿烂的未来,也将被可控核聚变发出的光点亮。