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能源百科

热核聚变技术成为新能源为何被叫停

原创文章 发布时间: 2021-08-03 14:25:01

  众所周知,运动是绝对的,而静止是相对的,那么什么东西一直在支持着绝对的运动呢?答案就是能量的转移。能量是万物运动的本质,通常情况下能量会从高温物体转移到低温物体,宏观方面有不同的表现,例如物体状态的变化、生物做出的动作等等。如果宇宙没有了能量,那么静止就变成绝对的,一切都会陷入死寂。

  与能量息息相关的另一个词是能源,它更加具象些,我们可以理解为能量的源泉,例如火源、水源、太阳光、生物能等等。人类在地球上的生存无法离开能源的支撑,人类文明之所以能够发展到如今的高度也是有能源作为基底在默默支撑着。如果有一天人类在地球上找不到能利用的能源了,那么人类文明也就终结了。

  一直以来,人类主要消耗的是化石能源,然而地球上的化石能源是有限的,且不可再生,因此需要在化石能源消耗完之前找到可再生、清洁且效率更高的能源,那么科学家们已经发现了哪些可能有希望的能源?未来还有可能发展哪些能源呢?

  太阳产能那么大,可以效仿它的产能方式吗?

  早在上世纪五十年代,苏联和美国的科学家通过对太阳的长期研究后,发现太阳之所以能够几十亿年如一日地燃烧,而且保持表面五千多摄氏度,是因为其内部在持续进行核聚变反应。既然核聚变反应能够产生如此大的能量,为什么人类不能研究这种技术,让它成为主要的产能方式呢?最早提出建设热核聚变反应堆的科学家来自苏联,他将该装置称为“托卡马克”。

  在苏联提出托卡马克后,欧洲一些国家也紧随脚步进行热核聚变研究,到了七十年代,中国获得了苏联赠送的一批旧装置,也开始研究热核聚变装置。1985年,西方多个国家共同提出建设国际热核聚变实验堆,于是开始筹建项目并投入资金进行工程设计。到了2001年,国际热核聚变反应堆(ITER)的工程设计才正式完成。

  后来中国、韩国和印度也加入这一国际计划,该计划用35年的时间来完成,其中建造阶段需用10年,运行和开发利用阶段需用20年,拆除装置需要5年。去年七月底,ITER计划的安装工程正式在法国卡达拉舍进行,这正式标志着人类共同合作的热核聚变事业进入正轨。如果计划顺利执行的话,那么人类最终能在2050年前掌握热核聚变技术。

  什么是冷核聚变?

  ITER项目从上世纪八十末提出到工程设计完成,足足用了15年的时间,之后再经过各国的分工合作,又用了十几年的时间来研发装置部件,可见这个工程的难度很高。ITER项目之所以难度高,是因为热核聚变反应不好控制。该技术除了要营造上千万摄氏度的环境之外,还要保证输入的能量和输出的能量达到平衡,至今世界上没有一个国家能做到后面这一点。

  既然热核聚变所需的超高温度难以实现,那么为什么不尝试在低温控制核聚变反应呢?这个时候的核聚变就不叫“热核聚变”了,而是“冷核聚变”,但在理论上却是可行的。最早的冷核聚变方法是利用介子的催化作用来引导核聚变。所谓的介子就是μ介子,它和电子一样带负电,但质量比电子重2.7倍。

  上世纪有科学家在研究高能宇宙射线轰击地球大气的过程中发现了μ介子,并且发现μ介子会在氘和氚的混合物中发挥作用,这种作用具体表现为μ介子取代电子和原子核结合,形成新原子。因为μ介子的重量比电子大,所以形成的新原子质量也更大,原子与原子之间的密度更高,距离更小,在量子隧穿的作用下更容易融合在一起。

  但利用介子的催化作用来实现冷核聚变也存在局限性,那就是介子的催化效果只能维持100次左右,也就是说这种方法下的冷核聚变也无法实现自持,这也意味着输入装置的能量无法和输出的能量达到平衡。

  有没有人实现过冷核聚变?

  那么历史上是否有科学家实现过冷核聚变呢?据说在1989年的时候,国外一支科研团队通过简单的电化学反应实现了冷核聚变,整个过程甚至都没有借助μ介子的帮助,他们是怎么做到的呢?据了解,实验人员利用电化学原理,用钯棒和铂棒组成一个化学电池,电池中的氢原子是氘。通电后,实验人员检测到电极产生了氧气和氘。

  而且氘都聚集在钯棒那里,通过钯棒的催化作用变成了氦。然而这个团队的实验并没有得到科学界的一致认同,因为不少科学家按照他们的方法去进行实验,发现并未能得到冷核聚变的效果,因此该方法下所谓的冷核聚变也被认为是一次欺骗。换而言之,真正的冷核聚变技术还未出现,人类当下能掌握热核聚变技术就已经很强了。

  如果未来真的出现了自由能源,会得到推广吗?

  除了冷核聚变技术之外,近现代历史上还出现过永动机、水氢发动机等技术,不同的是后面这些技术都被证明是伪科学,在现实中不可能实现。而像热核聚变、冷核聚变这些技术,属于一旦引发后就能自持反应的,而且所需要的原料并不多,因此在科学上被称为“自由能源”,如果这类能源实现了,会得到推广吗?

  答案是不一定,因为总会有资本在背后发挥影响。人类社会长期由化石能源支撑着,许多资本发展也离不开化石能源,如果未来有一天新能源方式得到了推广,那么那些与化石能源挂钩的资本该如何生存呢?如果资本不懂得与时俱进,坚持发展传统能源,那么再好的技术也很难造福全人类。