地球靠什么能源“流浪”？可控核聚变了解一下( 二 ) _知识分享

重聚变，顾名思义，就是由重原子进行的核聚变。如前所言，目前人类能做到的，还只是利用氢原子进行的不可控核聚变(氢弹) 。
而小说和电影中利用岩石为主要燃料进行核聚变，需要更大的温度压强才能实现。
地球上岩石的主要成分是“硅”，根据天文学研究，大质量恒星后期的聚变反应就是“重聚变” 。从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是：硅–28 → 硫–32 → 氩–36 → 钙–40 → 钛–44 → 铬–48 → 铁–52 → 镍–56 。在这个聚变过程中，释放出大量能量，比氢弹爆炸释放的能量多太多了。
核聚变走到铁这一步，就不再释放能量，而是吸收能量。所以重聚变最后产生的废渣就是铁。正是有了重聚变发动机，才能让“流浪地球”计划成功，因为岩石在地球上到处都是，提供了无穷无尽的燃料，也为地下生存的人类提供赖以生存的能源。
但是，它们发生核聚变反应的条件太过苛刻，需要的压力和温度是现实生活中很难办到的。
轻核聚变能是目前最具发展前景的新兴能源，其主要潜力在于：
(1)用于聚变反应的原料极其丰富。核聚变所需的燃料为氢的同位素氘、氚，这两种元素在地球上蕴藏极其丰富。据计算，每升海水中含30毫克的氘，其聚变产生的能量相当于300升汽油所产生的能量。一座100万千瓦的核聚变电站，每年只需消耗304千克的氘。天然存在于海水中的氘约有45亿吨，按目前世界能源的消耗水平，可供人类使用上亿年，可以说是取之不尽用之不竭；
(2)聚变能既清洁又安全。目前的核电站是利用原子核裂变产生能量，其主要原料为铀，铀核裂变产生的废料为放射性物质，半衰期长，如果处置不当，将污染环境，威胁人类健康。因此目前关于核裂变产生的废料处理仍是一个世界难题。
而核聚变产生的废料为氦气，不具有放射性，因此也就不存在核废料的处理难题。
既然聚变有如此之多的好处，堪称人类未来的希望，那么聚变能开发到现在又是何种状况呢？
四、世界范围的可控聚变发展情况
目前，人类已经实现了核聚变，如氢弹的爆炸，但这属于不可控的核聚变。人类如果要将核聚变的能量真正利用起来，就必须对核聚变的速度和规模进行控制，并将能量持续、平稳的输出。
但是，产生可控核聚变的条件非常苛刻。以太阳为例，其核心温度高达1500万摄氏度，另外还需有巨大压力才能产生核聚变，但地球上没有办法获得如此大的压力，只能通过提高温度来弥补。
然而，温度必须达到上亿度才行。因此，人们通常又将核聚变装置称为“人造太阳” 。
由于地球上没有任何一种固体物质能够承受上亿度的高温，因此，目前科学家主要通过两种方式来实现。
激光约束(惯性约束)核聚变(如我国的神光计划，美国的国家点火计划都是这种形式)其中一个方案为：在一个直径约为400μm的小球内充以30-100大气压的氘-氚混合气体，让强劲率激光(目前达到1012W，争取1014W)均匀地从四面八方照射小球，使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍，温度达到108K而引起聚变反应。它的特点是反应时间短，能量不能稳定输出。
磁约束核聚变(托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等)，这种方式目前被认为是最有前途的，而超导托卡马克是最有希望实现聚变反应的装置之一。其中最为著名的就是国际热核聚变实验堆(ITER)计划，它是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一，也是迄今我国参加的规模最大的国际科技合作计划。ITER计划吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等世界主要核国家和科技强国共同参与。它的目标是在法国卡达拉舍建立一个聚变示范堆。

文章插图
磁约束等离子体

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托卡马克装置原理图
目前国际上建有多个热核实验装置，下面主要介绍一下国际最大的ITER装置和属于中国的东方超环EAST装置：
1)ITER 。“国际热核聚变实验堆(ITER)计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，通过共同协作已有科技成果，首次建造大规模聚变实验堆，其目标是解决可控核聚变的大量技术难题。
2)EAST 。EAST全称是Experimental Advanced Superconducting Tokamak(先进实验超导托卡马克)，其目标是针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题,是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克装置。