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为什么核聚变发电很难,美国核聚变为什么会失败

来源:整理 时间:2022-05-28 13:56:09 编辑:科技知识 手机版

失去大量的热量,比如太阳,是原子核转变维持的存在。核聚变不是不能发电,只是核聚变的条件太苛刻,很难达到现在的科学水平。受控核聚变除了产生热能的原理外,其发电原理也不同于现在的核电。发电原理应该是一样的。可控核聚变重在可控二字。核聚变早就被人类实现了,那就是氢弹。

核聚变为什么不能用来发电呢?

要回答这个问题,首先应理解核聚变,氢核在奇高温,奇高压下相结合,形成氢分子(最后生成水),:失放大量热量,如太阳,就是靠核变而维持的存在,核聚变不是不能用来发电,而是核聚变条件太于苛刻,目前科学水平很难达到。中国在核聚技术还算走在世界前列,人造太阳技术只能维持1分钟的寿命而矣,核聚发电还有很漫长的路要走,等着吧,将来必成现实。

美国核聚变为什么会失败?

美国七十年来做过无数次的核聚变试验,有成功当然也有失败,题主应该问的是著名的美国国家点火设施为什么最后失败了。美国国家点火装置NationalIgnitionFacility(NIF)一度是美国科技的象征,是美国的骄傲,然而这个当时耗资数十亿美元、历时十余年建设的大科学设施,在历经几次续命后,最终于2012年9月宣告点火失败,

(美国国家点火装置NationalIgnitionFacility)NIF失败主要有资金、设计、技术和管理不善等几方面的原因。核聚变发电的梦想自从1951年5月人类爆炸第一颗氢弹的那一刻起,科学家们就对氢这种神奇的气体产生了浓厚的兴趣,他们幻想着有一天能够像太阳那样源源不断地生产出大量的热能用来发电,并且不受强烈核辐射的困扰,

爆炸一颗氢弹容易,想要驾驭氢,让它按人类的要求缓慢地释放光和热却是一件极其困难的任务,以至于近七十年过去后的今天,科学家们依然无法实现长时间稳定可控的核聚变目标。核聚变的原理很简单,就是模拟太阳和大多数恒星那样,对氢气或氢的同位素氘和氚施加极高的压力的温度,迫使它们带正电的原子核融合在一起,成为氦这样更大的原子核,在这个过程中,原子会释放巨大的热量,

(氘-氚核聚变)太阳是一颗由73.46%的氢和24.85%的氦构成的恒星,它的直径有139万公里,质量约为地球的33万倍,在其拥有3000亿个大气压和1500万度高温的内核,每秒钟有近6亿吨的氢原子被压在一起变成氦,同时产生巨大的能量。(太阳内部结构)我们在地球上很难实现3000亿个大气压这样高的压强,需要用更高的温度来弥补压力的不足,促成氢原子核之间的融合,

科学家们估算,我们需要将氢加热到1亿度以上的高温,才有可能让处于离子态的氢原子聚变成为氦,这个过程需要消耗巨大的能量。由于核聚变的过程中能产生更多的能量,所以用它来发电是合算的,目前世界上已知的可控核聚变装置主要有两类,一类是我们国家最近试验成功的高温超导托卡马克磁约束装置;另一类是惯性约束,其中具有代表性的就是我国的神光系列,和美国国家点火装置。

(托卡马克磁约束装置)托卡马克装置的原理是制造一个巨大的电磁环状管道,将其内部的核燃料加热到极高温度,使其成为高温离子体,通过控制离子体的密度来实现融合;而美国国家点火装置(NIF)则是通过向填充了氘氚的小球发射高能激光束,来促使其瞬间达到极高的温度和压力,以达成核融合的目的,(圆环中间的小珠是美国国家点火装置的氘氚聚变靶)美国国家点火装置诞生关于运用惯性约束的激光点火,实际上早在1970年左右就已经被美国核物理学家和核武器设计师RayKidder提出了,之后在劳伦斯利弗莫尔国家实验室、桑迪亚国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、美国国家科学院和能源部的科学家们十多年的争论之后,美国国会众议院批准能源部投资建设NIF,预算投资11亿美元(当时的11亿美元是挺大一笔钱)。

1996年,美国国家点火装置在加利福尼亚州劳伦斯利弗莫尔国家实验室开始建造。在项目的过程中,由于技术和管理问题,出现了许多波折。到2002年,NIF的项目成本已经上升到28亿美元。直到2009年6月才开始第一次激光打靶试验。当时,他们已经花费了超过35亿美元,并于2010年10月宣布建设。从那时起,国会每年为国家点火设备的实验拨款超过4.5亿美元,审计委员会估计NIF总共将花费超过80亿美元。

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