细说人造太阳:核聚变一次能产生多少能量?

2021-05-31 13:57  来源:新浪科技  浏览:  

在地球上,人类主要通过收集能量来驱动机器运转,例如:收集下落的水的能量,在水力发电厂将水的势能转化为电能,为了创造能量,人们必须将物质转化为能量。

 

链式反应

产生能量的其中一种方法是裂变原子,原子是宇宙中所有物质的基本组成分子,因此如何控制裂变原子的链式反应,就能产生稳定的能量流,一旦该反应失去控制,裂变原子在一次核爆炸中会同时释放大量能量。

每个原子的核心,即原子核,是由更小的粒子构成,即质子和中子。将原子核凝聚在一起的作用力存储了大量的能量,为了从原子核中获得能量,科学家们提出了一个将重原子分裂成轻原子的过程,因为较轻原子不需要像较重原子那么多的能量,用于将原子核聚集在一起,能量以热或者光的形式释放出来,这个过程叫做核裂变。

当一个原子被分裂时,就开始产生连锁反应:被分裂的原子会触发另一个原子产生分裂,以此类推。为了使链式反应处于可控范围,科学家研发了减缓原子分裂的方法,例如:吸收一些分裂的粒子。

核能

核电站收集原子分裂释放的能量,世界上最大的核电站是日本的柏崎刈羽核电站,它由7个核反应堆组成,最大发电能力大约是8000兆瓦,世界上最大的单个核反应堆是中国台山核电站的两座核反应堆之间的纽带,台山核电站的每个反应堆装机容量为1750兆瓦。

单个核反应堆比不受控制的核反应(例如原子弹爆炸)产生的能量小许多,现今,引爆一颗原子弹是所产生的能量相当于柏崎刈羽核电站半年的发电量。

核裂变过程的一个缺点是产生核废料,裂变的原子通常不稳定,并产生危险的辐射,更重要的是核废料需要妥善储存许多年,一旦释放到环境会带来风险。

核聚变

科学家还发现另一种类型的核反应,一种产生能量而不产生核废料的反应,当两个较轻的原子结合成一个较重的原子时,失去的质量就会转化为能量,该过程被称为核聚变。同时,聚变也会发生在太阳核心,每秒太阳将大约6亿吨的氢燃烧成大约5.96亿吨的氦,产生的能量相当于数万亿颗原子弹。

然而,在地球上实现核聚变是非常困难的,该聚变仅在极端条件下才会发生,例如:太阳的高温高压环境,迄今科学家还没有有效地证明可控核聚变产生的能量比消耗的更多,但他们正在努力做到这一点,一种方法是用高功率激光从不同方向射向微小的氢同位素微粒。

核聚变将是未来一种非常有前景的能源解决方案,但人们很容易忽视我们的头顶有一个巨大的核聚变反应堆,这就是太阳,随着太阳能效率不断提高,我们甚至不需要再创造其他能源,只需要捕捉更多的太阳能,就能满足人类日常所需的能量需求。

  EAST  核聚变
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