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核聚变是能量终极形式,充满整个宇宙,为何偏偏地球上不存在?

常驻编辑 科普中国 2022-06-01 能量   等离子体   聚变   化石   马克   燃料   宇宙   形式   机器   能源   太阳   项目
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等离子体是构成宇宙99.9%的物质,包括恒星、太阳和所有星际物质。例如,在地球上,它被用于电视和霓虹灯,我们可以在闪电和极光中看到它。vul拜客生活常识网

ITER 的几位专家表示,尽管听起来很棒,但产生聚变能量本身实际上并不是最难的部分。毕竟,自从氢弹发明以来,人类就一直在进行核聚变反应。主要挑战是维持它。英国的托卡马克——称为联合欧洲圆环,或 JET——将聚变能量保持五秒钟,但这只是该机器所能达到的最长时间。它的磁铁由铜制成,建于 1970 年代。在这样的高温下超过五秒钟就会导致它们融化。vul拜客生活常识网

ITER 使用可以持续更长时间的新型磁铁,该项目旨在产生 10 倍的能量回报,从 50 兆瓦的输入产生 500 兆瓦的能量。vul拜客生活常识网

但 ITER 的目标并不是真正将能量用于发电,而是证明它可以比 JET 能够维持更长时间的聚变能量。这里的成功将意味着商业规模的机器可以在未来开始产生聚变。vul拜客生活常识网

当太阳融合氢原子以产生氦时,JET 项目使用了两种氢同位素,称为氘和氚,ITER 也将使用它们。就化学组成和反应而言,这些同位素的行为与氢几乎相同。vul拜客生活常识网

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氘和氚都存在于自然界中。氘在淡水和咸水中都很丰富——500毫升水中的氘加上少量的氚,就可以为一所房子供电一年。氚很稀有,但可以合成生产。目前,全球仅存20公斤,每年需求量不超过400克。但是在 800 万比 1 的产量下,只需要极少量的两种元素就可以产生大量的聚变能量。vul拜客生活常识网

氚是一种非常昂贵的物质:一克目前价值约30000美元。如果核聚变起飞,需求将达到顶峰,给世界聚变大师带来又一挑战。vul拜客生活常识网

从远处看,ITER 就像一个准备就绪的项目。从近距离看,很明显它还有很长的路要走。在数百名工人共同完成 ITER 项目的背后,是来自全球各地的约 4500 家公司和 15000 名员工。vul拜客生活常识网

35 个国家正在就 ITER 开展合作,ITER 由七个主要成员——中国、美国、欧盟、俄罗斯、印度、日本和韩国——运营。它看起来有点像联合国安理会,尽管已故的 Bigot 等人一直在努力将地缘政治完全排除在 ITER 之外。vul拜客生活常识网

各国从 1930 年代开始寻求聚变能,并在数十年的时间里建造了各种机器。但事实证明,在苏联制造的托卡马克是最成功的。1968 年,苏联研究人员取得了巨大的聚变突破——他们能够达到所需的高温并在一段持续时间内控制等离子体,这是以前从未做过的。vul拜客生活常识网

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托卡马克成为复制机器。甚至托卡马克这个词——“环形磁约束”的合成词——也来自俄语。俄罗斯还提供了 ITER 项目的一些最关键要素,并且是其主要资助者之一。例如,托卡马克顶部的磁铁是在圣彼得堡制造的,并在那里等待,准备送往法国,ITER 通信负责人拉班·科布伦茨 (Laban Coblentz) 说。vul拜客生活常识网

ITER 项目的规模和雄心似乎很大,但它至少是对人类对地球造成的混乱的一种成比例的反应。自 1973 年以来,全球能源使用量增加了一倍多。到本世纪末,它实际上可能会增加两倍。排放到大气中的所有二氧化碳中有 70% 是通过人类的能源消耗产生的。我们消耗的所有能源中有 80% 来自化石燃料。vul拜客生活常识网

现在,地球正在加速升温,这会转化为更频繁和更致命的热浪、引发饥荒的干旱、野火、洪水和海平面上升。随着整个生态系统达到临界点,越来越多的人类生命危在旦夕,气候危机的影响越来越难以逆转。vul拜客生活常识网

世界现在正争先恐后地快速脱碳,并加快从行星烘焙化石燃料向太阳能、风能和水电等可再生能源的过渡。一些国家寄希望于核裂变能源,这种能源是低碳的,但伴随着小但不可忽视的灾难风险、放射性废物的储存问题和高成本。vul拜客生活常识网

但是,对于世界是否能够以足够快的速度进行这种绿色过渡以避免灾难性的气候变化,存在严重的问题。vul拜客生活常识网

这就是融合可能成为第 11 小时英雄的地方——如果世界及时掌握它的话。vul拜客生活常识网

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