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隻做武器,你們也未免太小看核聚變了

這個裝置,叫HL-2A,全名叫做中國環流器2號A,是做可控核聚變的。

“我們不是做原子彈的”

HL-2A坐落在四川成都的核工業西南物理研究院,簡稱為核西物院。隸屬於中國核工業集團。

某種程度上,這是中國最神秘的部門之一,他們要做的,就是核聚變。

一提到“核”,人們腦海裡大多還停留在廣島原子彈的巨大蘑菇雲。

所以,想到那些坐落在中國大地內陸,名字裡有“核”的部門,人們總要問一句:“是不是在造原子彈啊?”

但事實上,原子彈是核能利用最原始的階段,它背後的技術是核裂變。相較於核裂變,核聚變要更為“高級”。

核聚變,或者叫核融合,是指兩個原子核結合成一個較重的核和一個極輕的核的反應。

在這個過程中,會有一部分物質質量“消失”掉了。根據愛因斯坦那婦孺皆知的方程,E=mc2,這部分“消失”質量會轉變為巨大的能量。

核聚變是自然界最偉大的能量來源之一。天空中高懸的太陽,就是靠著核聚變產生著滋養人類的光芒。

核聚變,就是星辰的力量。

很遺憾,關於核聚變,我們聽到最多的,仍然是武器。

氫彈,威力是原子彈的數百倍,基本原理就是核聚變。

隻用作武器的話,我們未免太小看核聚變了。

自從1951年,美國氫彈爆炸實驗成功後,人們一直絞盡腦汁想把這毀天滅地的力量加以利用。

也就是,可控核聚變。

永遠都是“五十年後可以商用”

目前,人類最給予厚望,是氘和氚的聚變反應。

這兩種氫的同位素,經過聚變後可以形成一個氦核和一個中子,並放出巨大的能量。

可控核聚變被認為是人類的終極能源。原因主要有三方面:

首先,核聚變的原料特別豐富,僅僅從一升海水裡提煉的氘元素,通過聚變反應釋放的能量,相當於300升汽油。再有,氘氚聚變幾乎不產生汙染物,更不會有溫室氣體排放;

在安全性上,聚變設備只要一斷電,反應就會立刻停止。

然而,可控核聚變很難,真的很難!

有多難?

業內流傳一個久遠的笑話:

當人們問核物理科學家,“還要多久才能用上核聚變的電能?”

得到的答案永遠是,“五十年之後”。

可控核聚變的難點主要有兩個:

一是如何實現開啟核聚變反應?

要引發兩個原子核的聚變,需要提供巨大的能量。在氫彈中,為了達到聚變的能量要求,科學家們在氫彈中植入了一個原子彈。實際使用時,先引爆原子彈,產生瞬間的超高溫,借以開啟氫彈的核聚變過程。

但是,總不可能在發電站裡不斷引爆原子彈吧?

為了達到聚變需要的高溫條件,人們提出了很多種解決方法,其中最為廣泛採用的叫做中性粒子注入。

這種技術就是使用含有很高能量的粒子去撞擊核裂變原料(氘和氚),從而將它們加熱到超高溫度。

多高呢?一億度!

在如此高溫下,物質已全部電離,形成高溫等離子體。

順便提一句,等離子體是區別於固、液、氣的第四種物質形態,廣泛存在於宇宙之中。雷雨天的閃電,就是一種等離體子。

有了這團一億度的高溫等離子體,隨之而來的下一個問題是:用什麽裝啊?

地球上已知最耐高溫的材料是鎢,就是老式燈泡裡的燈絲,它熔點只有3400℃左右。

如果沒有材料能忍受核聚變的高溫,那我們就只能不讓氘和氚接觸物質了。

為此,前蘇聯的物理學家創造性的提出了一種名為“托卡馬克”的裝置。

這種裝置是如同一個纏滿線圈的巨大輪胎,通電後可以在其內部產生極強的磁場,利用這磁場將超高溫度的等離子體懸在真空之中。

這種靈光乍現的“托卡馬克”裝置,後來成了最主流的核聚變裝置。

開頭的那台HL-2A,就是用了托卡馬克。

“這是全人類的事”

無論是核聚變的反應原理,還是用托卡馬克控制等離子體,在物理學中,他們的原理都很簡單,簡單到高中課本就能翻到相關的概念。

但真正要做出能用的設備,那卻是比“登天”還難。

這裡的“登天”,是字面意義的。因為人類在半世紀前就實現了載人登月,但現如今,我們離商用化的核聚變發電,可能還有永遠的“五十年”。

隨著化石燃料儲量減少,溫室效應日益明顯,人類可能等不了太久,

核聚變,需要全人類的努力。

1985年,歐美等國開始發起一項名為“國際熱核聚變實驗反應堆”項目,這個簡稱為ITER的項目,計劃建造人類有史以來最大的托卡馬克核聚變反應堆,而且目的也很直接:真正地用核聚變發電。

2006年,該項目正式開啟,由歐盟、中國、美國、日本、韓國、俄羅斯和印度7方開展合作,其中,中國貢獻9%的設備與經費。

2025年,ITER項目將進行首次測試,為了全人類。

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