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第153章 核技术的前世今生

能源危机,是问题的根本。当一种技术承载着人类未来的所有希望,它就应该成为一种信仰,让全人类,哪怕经历数十数百代,为之努力和奋斗。

对于华夏来说,能源问题是摆在眼前的问题,庞大的人口基数,让人均能源远远低于西方世界的发达国家。千百年来,化石能源的出现,消耗,也让人们意识到了地星上的资源是有限的,同样化石能源有着自己的弊端,污染环境。

于是人们为了解决能源问题,清洁能源出现了,只不过清洁能源的利用效率过于低下,哪怕是魏来带来的光伏发电的优化技术,同样也不能代替化石能源在全球能源消耗的主力地位。直到常温超导技术的出现。

常温超导技术的出现,从一定程度上解决了现有的能源危机,但是仍然有着一个致命的问题,金属资源同样也是有限的,只不过对于人们来说,金属资源的消耗远比化石能源的消耗要更长久。

那么从时间的跨度上看,太阳相比于人类,基本上属于永恒的存在,太阳滋润着万物,照耀着万物,那么太阳内部能量诞生的原理,核聚变的原理也就成为了人们所向往的技术。

关于核技术的利用,同样还有现阶段正在服役的核电站所利用的核裂变发电技术。不过核裂变发电和常温超导发电不能作为对比。原因是因为,虽然常温超导的发电比不上核电站的供电量,可是常温超导发电胜在安全。

关于能源高效应用的探索,人类从来没有停下自己前进的步伐。在常温超导发电技术出现之后,核裂变发电技术也就同样没有以前那么香甜可口。毕竟香甜可口的核裂变,有着其致命的危险,显而易见的例子就是核泄露事件。

核电站发电通常采用的原理是利用反应堆产生裂变,不断发生链式反应,同时质量的损耗会产生巨大的热量,带动蒸汽机,使发电机转动,产生电能。核电站反应堆的核裂变,通常通过各种手段实现控制,不能任由核反应一直持续,否则就会爆炸,产生可怕的后果。

核裂变是通过轰击重核产生裂变,而核聚变是通过轻核的结合,生成较大的原子核,在生成较大的原子核的同时,放出巨大的能量。在核聚变的反应过程中,平均每个核子放出3MeV,是核裂变反应的三倍。

核裂变和常温超导技术同样有着原料的限制,来源都是金属,只不过对于核裂变来说,金属有毒且稀少。原子弹需要的铀235浓度基本上要达到85%以上,而核电站所需要的铀235通常在3%。

铀235的放射性,所产生的辐射对人体的危害巨大无需多言,相比于能够产生更多能量,同时也更加清洁,原料也更加充沛的核聚变,核裂变就显得普普通通。一方面是因为核聚变技术所需要的原料,是氢元素。

相比于铀矿的铀原料提取,氢元素的提取和其同位素的生产要更加的方便。于此同时,核聚变的发生条件,也让核聚变更加的安全,上亿度的高温以及高压,本身对于地星的环境就很难实现。

安全也代表着更加难以实现,这也是数年以来,可控核聚变一直难以实现的原因。地星上,没有任何一种材料和物质能够承受的住如此的高温和高压。托卡马克装置的出现就是为了解决无法承受的高温高压而出现的。

早在十几年前,EAST的项目就实现了百秒可控核聚变,温度上更是达到了1亿度的温度记录,只不过在亿度高温下,核聚变的反应维持时间只有十秒。经过了科学家们的不断努力和突破,在更高的温度和压力之下,我们所能进行持续核聚变反应的时间也在稳步增长。

这样的增长相当缓慢,但即便是这样,华夏在可控核聚变的道路上,也走在了世界的前列。

出现重大变动的原因同样在于常温超导技术,常温超导的出现,也让EAST的装置进行了一次重大的升级和改造。相比之前的还采用的是液氮冷却让设备维持超导态的装置结构,常温超导的出现,让核聚变技术能够更加稳定。

曾经的“冰火两重天”的装置,变成了只需要进行内部高温高压,外部不再需要进行维持超导态的装置。烧开水,种太阳,人类为了能源可谓是煞费苦心。无论是核聚变又或是核裂变,还是现在正在大规模应用的常温超导,都是人类为了能源问题所寻求的解决方案。

核聚变的能量产出要远远高出常温超导技术的产出,聚变的副产品就是海水淡化和氢。加热的海水,高温后汽化,最后冷却回来自然就实现淡化了,而高温产生的氢,可以提供大量的清洁能源。可以说,把聚变中的这些技术用到国民经济上,能够把我们的生活质量大幅提高。

核聚变,就像当年的信息革命、半导体革命,一旦能够实现,整个人类社会都会发生革命性的变化。科技革命往往也会伴随着担忧和质疑的声音:又是核、又是高温,会不会不安全?其实在核聚变的形成条件已经告诉我们结果,相当安全。

对于装置内上亿温度的大火球来说,一旦出现情况,EAST控制中心可以实现瞬间降温、停止聚变,火球又变成气体,基本没有衍生灾害。然而这次爆炸事件的发生并不是偶然,原因是因为温度的失控。

失控的原因,在托卡马克核聚变实验装置中,高约束等离子体的边界区域会周期性地爆发出一种称为边界局域模(ELM)的不稳定性,大幅度ELM类似太阳耀斑爆发。在前期成功探索、实现了杂草型小幅度边界局域模(GrassyELM)运行的基础上,EAST超导托卡马克团队揭示了GrassyELM产生的物理机制,进而利用这种自发的高频小幅度GrassyELM,发展出了一种高性能稳态等离子体运行模式。

问题就出在信息的缺失和模型的不完善上,首先对于核聚变技术,仍然有太多的空白需要填补。爆炸的原因,类似于超强的太阳耀斑爆发,超出了模型的运行范围,同时过高的温度也导致了整个设备的内壁焚毁,彻底失控。

安全的原因,也是因为核聚变的条件难以实现,在爆炸之后,温度的下降也让聚变反应停止,产生了剧烈爆炸之后再无任何损失。

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