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人造一个太阳怎么样?

2016-11-9 17:47| 发布者: shamir1126| 查看: 3016| 评论: 0

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摘要: 美国华人网-科技新闻-人造一个太阳怎么样? 随着科技的发展,在几百年的时间里,把人类从骑马驰骋转变到驾驶汽车、火车、飞机;从篝火的星星点点亮光到用高效能日光灯把我们的夜晚照成白昼。文明的进步与日常生活 ...

美国华人网-科技新闻-人造一个太阳怎么样?


随着科技的发展,在几百年的时间里,把人类从骑马驰骋转变到驾驶汽车、火车、飞机;从篝火的星星点点亮光到用高效能日光灯把我们的夜晚照成白昼。文明的进步与日常生活的极大便利化的同时,人类对能源的日益依赖。激长的能源需求与现有的不可再生地球资源之间的矛盾,关乎人类文明的未来还能延续多久。

目前,主宰世界的石油、天然气等化石燃料,其不可再生性以及环境污染性,让越来越多的人把目光投向清洁能源如光能、潮汐能、风能的研究以及开发、利用上,而科学家们还远不满足于此。

人造一个太阳怎么样?
太阳照耀着地球

人类明白,一切上述地球能源,归根结底全部来自于距离地球最近的恒星——太阳。几十亿年来,太阳以其内部庞大的能量源,温暖着我们的地球,并由此直接催生了地球生命的诞生与发展。自此,科学家们很早就曾大胆的计划,地球上是否可以人为制造类似小型太阳的产能装置,即“人造太阳”计划。

要制造太阳,必须了解看似能源源不断的释放能量的太阳,其能量来自于哪里。

人造一个太阳怎么样?
太阳结构

太阳的能量来源

天体物理学家们研究发现,太阳的核心部分,温度高达1500万摄氏度,压力高达2500亿个大气压。如此高温高压下,这一部分区域在不间断的发生着核聚变反应。聚变反应过程中,四个氢原子核结合,成为一个氦原子核,并损失掉一部分质量。根据狭义相对论所堆出的质能方程,这一部分质量释放出大量的能量。

根据科学家们的探测数据粗略推测,太阳中心每秒钟核聚变释放的能量相当于92千万亿吨TNT当量,也即相当于每秒钟太阳中心,爆炸约4万亿颗曾爆炸于广岛的“小男孩”原子弹。

人造一个太阳怎么样?
太阳发生以每秒钟6.2亿吨氢的核聚变反应

实际上,我们所熟知的核武器中的氢弹,利用的正是类似于太阳中心的核聚变反应。只不过这一反应是先通过类似原子弹的裂变反应,提供高温高压极端条件,然后触发了聚变反应。可以看做是模仿了太阳中聚变反应的最后一步,并在短时间内释放出具有破坏性的能量。

核能的和平利用

1945年,人类首颗原子弹于广岛爆炸,颠覆了整个人类对战争的认知。此前从未有过什么力量可以在一瞬间毁灭一整座城市。

经历了二战的惨痛经历,以及此后的冷战中,使人类全部文明在悬崖边缘徘徊的古巴导弹危机。人类深深地认识到了核武器骇人的巨大破坏性能量。此后,通过和平的手段利用核能,成为科学界长久以来的梦想与努力的方向。

人造一个太阳怎么样?
日本福岛核电站

依据原子弹核裂变的原理产生能量的核电站,在世界范围内发展迅速。特别是欧洲、日本等土地面积和自然资源匮乏,科技实力却处于领先地位的国家,几乎把核电站作为本国主要的能源获取方式。

然而近年来,随着核泄漏、核污染事件的报道,世界范围内的大型核电厂建设遭到广泛的质疑和诟病。现有的核电厂,全部利用核裂变能,这种裂变反应的产物具有强放射性,难以处理,并且衰变时间长。一旦泄露,其核污染(主要指电离辐射)范围不可想象。

人造一个太阳怎么样?
核裂变反应原理示意

核裂变为原子弹的基本放能机制,不同于核裂变,氢弹中利用的核聚变反应同为太阳(一切恒星)中心的能量产生机制,产物都为日常生活中常见的元素,不会产生放射性物质,不存在任何污染,且聚变反应能量产出远远大于裂变反应。此外,不同于裂变反应原料铀,聚变反应原料为氢的同位素,获取它十分容易,并且在大海中的存量十分丰富。可以说,聚变反应能必将成为人类在未来的主要能量来源。

人造一个太阳怎么样?
核聚变反应原理示意

可是,为什么现在一直没有一家核电站是利用聚变能产生能量的呢?这就在于,触发聚变反应所需要的条件极为苛刻。想要在地球上人为制造类似太阳中心所能达到的超高温高压,不是一件十分容易的事。而氢弹中,利用裂变触发聚变的方式又太过武断、简单,只能瞬间释放能量,无法人为可控的长时间持续提供能量。(总不能建造个电场,天天在里面炸氢弹吧?)



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