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核聚变有多诱人?科学家:0.6吨核聚变燃料,相当于200万吨优质煤

作者:小岛的一条鱼

导语

人类经过几百万年从树上下来直立行走后,能源的使用方式几乎就没有太大的改变过,一直以来都是利用各种物质的化学能来满足自己生存和发展的需要。

到了20世纪,人类凭借着自己的聪明才智终于发现了许多新颖的能源形式,其中最引起人们关注的莫过于被誉为“未来能源”的核聚变能,这项能源技术具有许多传统能源所不具备的优势。

在人们眼中,核能就是那种“毁天灭地”的东西,核聚变会不会也很危险呢?

核聚变有哪些魅力,又有哪些吸引人的优势。

那么核聚变技术到底能为人们带来什么?

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一、多么高的能量密度。

人类最早开始对化石能源进行开采,并且将其作为燃料来使用。

在火的燃烧下,化石燃料中的碳会与空气中的氧结合生成二氧化碳和水,同时会产生大量的热量,人们可以将其用来制造锻炼金属、加热工作原料等。

这种由火焰产生的热量是人类最初能够接触到的能量形式,在古代,这种能量也是人们最主要的能量来源。

但这种能量形式的缺陷是非常明显的,那就是它的能量密度比较低,而且它的能量主要是通过化学反应而来。

在人类发现火花的时候,人们终于将它当作一种非常珍贵的东西,因为这种东西很容易燃烧起来。

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衍生物中的甲烷等其他燃烧物,人们也很容易进行燃烧,所以人们利用这些物质时,都需要非常谨慎防止发生火灾。

直到公元前2世纪才有古希腊的学者对人类的应用能量的方式进行深刻的思考,他发现物质的燃烧在细分后,会发现其中的共同特点,所以他就将这种能量形式统称为“火”,将这种能量统称为“热”。

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米利都提斯还提出各种燃料的热量相同的观点。

为了验证这一观点,他选择了经典的火焰燃烧实验,但是在实际实验中他却搞混了燃烧时间,所以这个实验结果并没有获得预期的效果。

在眼下看来,米利都斯实验的实验结果是否准确并没有关系,但是在罗马人的眼中却认为米利都斯这种定性的实验是没有科学根据的。

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二、热量和能量的量的概念。

在想着米利都提斯这种人没有资格对这种高深不见的事物做深刻的研究的同时,还对研究燃烧的化学学者们进行了一番嘲讽,从罗马人的角度来看,他们认为米利都提斯这种人对燃烧的研究仅仅是一种感性认识。

米利都提斯这种人只是想当然猜测,他这样子的研究并没有任何科学意义,做出来的结论也毫无参考价值。

所以在这种情况下,米利都提斯实验的结论被认为是非常靠谱的,但是一切都在改变。

在一个国家出现了一位杰出的科学家之后,他就是卡爱伦。

卡爱伦就是靠着米利都提斯这种浅显易懂的定性实验的结论开展了很多实验,最终证明了米利都提斯这个由于燃烧产生的能量是一种“量”的观点是一百个正确。

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所以米利都提斯虽然没有做量的实验,但是他的定性实验的结论是正确的,这说明米利都提斯所做的实验非常有意义。

同样的道理在我们现在看来好像是一种简单的感性认识的东西,但有许多这样的观点也是非常有意义的,只要这些观点当作一种开篇白话,那么也是非常好的。

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从公元17世纪,英国的科学家约翰相承斯开始对蒸汽机进行改造,将燃烧能量转化为机械能量,而这种典型的机械能一直被沿用到19世纪末。

19世纪末人类对新型能源的探索逐渐展开,电在人们生活中的应用越来越多,电动机逐渐取代了燃烧机械。

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在电的实际应用中,我们发现电与热也有一定的关系,所以科学家认为电热能与化学能有非常大的相似之处,所以科学家就对热量能量和能量出现了一种新的量的概念。

这种新的量概念被命名为焦耳,这种概念的定义是用1千克质3米高度的电力来升高水的温度1度。

在火焰和电中,我们能够总结出一个特点,那就是燃料和电的能量产生是化学生成的。

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化学能是毫无疑问的优秀的,但是能量密度较低。

这种的化学能量密度几乎能推动人类社会进入现代化社会,但是科学的发展永远在进步。

1911年,英国的欧内斯特·卢瑟福通过α粒子的散射实验,提出了原子的中心有一个带正电荷的小核。

在核中可以将原子核分为两种粒子,一种是质子,一种是中子,经过一番的研究,我们发现在用带正电的粒子进行炸弹实验的时候,粒子不仅能够发生散射,还能够发生核的碰撞。

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三、核聚变带来的能量。

粒子之间的化学反应是由原子中的外层电子决定的,而原子核对外层电子的影响非常大。

所以在炸弹实验中,粒子之间的碰撞由于他们的外层电子对碰撞没有任何影响,但是粒子的核之间的碰撞也就是质子之间的碰撞和中子之间的碰撞。

在碰撞的过程中,随着碰撞强度的增加,质子和中子之间的相互作用类型就会变得更多样,由于质子和中子之间的核子之间的相互作用的范围非常小,所以碰撞带来的能量也是非常的大。

当质子和中子之间的核子碰撞后,会产生一些新的粒子,这些粒子是不稳定的,所以会在很短的时间内分解。

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在分解的过程中,会释放出很大的能量,这种能量密度是化学能的上百万倍。

这种能量密度非常的大,所以在20世纪50年代,美国科学家就开始研究如何将核聚变用做能源应用,从而满足社会的用电需求。

核聚变能够产生如此之多的能量,所以在美国普林斯顿实验室的核聚变装置中,存放有0.6吨核聚变燃料,这些燃料的能量相当于200万吨优质煤的能量。

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四、核聚变技术。

核聚变能够产生如此之多的能量,所以人们更加渴望能够将核聚变资料进行应用。

核聚变是将原子核的两种轻元素(Li-6和D)融合成重元素,释放出更大的能量。

而化学能是将一个原子的内部的电子进行移动,从而形成分子,释放出能量,这种能量叫做化学能。

相对来说这种能量的密度是比较低的,而核能更具优势,这种能量是在铀进行裂变的时候释放出来的。

化学能的能量密度是每克几十千卡,而核能的能量密度几乎是化学能的上百万倍。

现在的人们身边绝大部分的燃烧都是利用化学能产生的,核聚变是源源不断的能够产生能量的,所以人们称核聚变为可控核聚变能。

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可控核聚变技术将会带来近乎无限的电能,人们可以利用可控核聚变技术将能量转化为电能,从而满足现代社会用电的需求。

但是目前来说可控核聚变技术还没有突破能量输入大于输出的难题,人们还是持续不断的进行探索,希望尽快放出可控核聚变技术。

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而且可控核聚变技术还面临着多种难题,人们还没有找到一种适合核聚变燃料,海水中的氢元素和月球中的氦3都是潜在的核聚变燃料。

在可控核聚变技术的研究中,科学家们还需要克服许多困难。

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五、核聚变的应用。

如果可以实现控核聚变技术的发展,那么就可以将核聚变用于太空探索,人类可以将核聚变燃料发射到空间站中,将太阳能转化为电能,为航天器提供动力。

而且核聚变技术的应用还会为人类带来巨大的财富,改变人类社会的能源结构和经济格局。

在建造航天飞机时,科学家们发现航天飞机与喷气式飞机的能源密度有很大的差距,所以在太空探索方面,能源是一个非常重要的问题。

如果能够将核聚变用在航天飞机上,就可以避免飞机的能量不足的问题,为航天飞机提供足够的动力。

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结语

人们一直在努力探索科学的道路上,但是科学的发展道路是永远都不会停止的,就像一个没有尽头的海洋一样。

所以在可控核聚变技术的发展过程中,我们也可能会看到更多基于“冷核聚变”的黑科技产品的出现,这些产品一定会给我们的科技生活带来很大的便利。

同样的,海水和月球的资源被称为核聚变燃料,除了这两者还有什么?

其他天体除了海水和月球,我们还可以选择其他的天体,这些天体可能存在更加适合做核聚变燃料的资源。

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