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核聚變一次能產生多少能量?

2022-06-22 15:37    核聚變

核(he)(he)聚變(bian)將是(shi)未來一種非常有(you)(you)前景的能源解決方案,但人們(men)(men)很容易忽視我(wo)們(men)(men)的頭頂有(you)(you)一個(ge)巨大的核(he)(he)聚變(bian)反(fan)應堆,這就(jiu)是(shi)太(tai)陽,隨著(zhu)太(tai)陽能效(xiao)率不(bu)斷提高,我(wo)們(men)(men)甚至不(bu)需(xu)要再創造其他(ta)能源,只需(xu)要捕(bu)捉(zhuo)更多的太(tai)陽能,就(jiu)能滿足人類(lei)日常所需(xu)的能量需(xu)求。


在我們(men)的(de)(de)(de)(de)頭(tou)頂(ding),有(you)(you)一(yi)(yi)種源(yuan)于自然的(de)(de)(de)(de)強大能(neng)源(yuan)——太陽(yang),它距離地球大約9300萬英里,僅有(you)(you)十億分之一(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)太陽(yang)總能(neng)量(liang)傳(chuan)輸到達地球,太陽(yang)的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)使(shi)地球變成一(yi)(yi)個充滿(man)生命的(de)(de)(de)(de)世界,太陽(yang)每秒向地球表面傳(chuan)遞的(de)(de)(de)(de)能(neng)量(liang)相當于2018年(nian)所有(you)(you)發電(dian)(dian)站(zhan)的(de)(de)(de)(de)總發電(dian)(dian)量(liang)。

在地球上,人類主(zhu)要通過收集(ji)能(neng)(neng)量來驅動(dong)機(ji)器運轉,例如:收集(ji)下落的水的能(neng)(neng)量,在水力(li)發(fa)電廠(chang)將水的勢能(neng)(neng)轉化為電能(neng)(neng),為了創(chuang)造能(neng)(neng)量,人們必須將物質轉化為能(neng)(neng)量。

鏈式反應

產(chan)生(sheng)能量(liang)的其(qi)中(zhong)一(yi)種方法是裂變原(yuan)子(zi)(zi),原(yuan)子(zi)(zi)是宇(yu)宙中(zhong)所有物(wu)質的基本組成分(fen)子(zi)(zi),因此(ci)如何控(kong)制(zhi)裂變原(yuan)子(zi)(zi)的鏈式(shi)反(fan)應(ying),就能產(chan)生(sheng)穩定的能量(liang)流,一(yi)旦該反(fan)應(ying)失(shi)去控(kong)制(zhi),裂變原(yuan)子(zi)(zi)在一(yi)次核爆炸中(zhong)會(hui)同(tong)時(shi)釋放大量(liang)能量(liang)。

每(mei)個原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)的核(he)(he)心,即原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核(he)(he),是由更(geng)小的粒(li)子(zi)構成(cheng),即質子(zi)和中(zhong)子(zi)。將(jiang)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核(he)(he)凝聚(ju)在一(yi)起的作(zuo)用力存儲了大量的能量,為(wei)(wei)了從(cong)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核(he)(he)中(zhong)獲(huo)得(de)能量,科學(xue)家們提出(chu)(chu)了一(yi)個將(jiang)重(zhong)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)分裂成(cheng)輕原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)的過程(cheng),因為(wei)(wei)較輕原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)不需要像較重(zhong)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)那么多的能量,用于將(jiang)原(yuan)(yuan)(yuan)子(zi)核(he)(he)聚(ju)集在一(yi)起,能量以熱或者光(guang)的形式釋放出(chu)(chu)來,這個過程(cheng)叫做核(he)(he)裂變(bian)。

當一個(ge)原子(zi)被(bei)分裂(lie)(lie)時(shi),就(jiu)開(kai)始產生連鎖反應:被(bei)分裂(lie)(lie)的原子(zi)會觸發另一個(ge)原子(zi)產生分裂(lie)(lie),以此類推。為了使鏈式(shi)反應處(chu)于可控范圍,科學(xue)家研發了減緩(huan)原子(zi)分裂(lie)(lie)的方法,例如(ru):吸收一些(xie)分裂(lie)(lie)的粒子(zi)。

核能

核(he)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)收(shou)集原(yuan)子分裂釋放的(de)能量,世界上最大的(de)核(he)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)是日(ri)本的(de)柏崎刈羽核(he)電(dian)(dian)(dian)站(zhan),它由7個核(he)反(fan)應堆(dui)組成,最大發電(dian)(dian)(dian)能力大約是8000兆瓦,世界上最大的(de)單個核(he)反(fan)應堆(dui)是中國(guo)臺山核(he)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)兩座核(he)反(fan)應堆(dui)之間的(de)紐帶(dai),臺山核(he)電(dian)(dian)(dian)站(zhan)的(de)每(mei)個反(fan)應堆(dui)裝機容(rong)量為1750兆瓦。

單個核(he)反應堆(dui)比不受控制的(de)核(he)反應(例如原(yuan)子彈(dan)爆(bao)炸)產(chan)生(sheng)的(de)能量(liang)小(xiao)許(xu)多,現今,引爆(bao)一顆原(yuan)子彈(dan)是所產(chan)生(sheng)的(de)能量(liang)相當于柏崎刈羽核(he)電站半(ban)年的(de)發電量(liang)。

核(he)裂變(bian)過(guo)程的一個(ge)缺點是產生核(he)廢(fei)(fei)料(liao),裂變(bian)的原子通常不(bu)穩定,并(bing)產生危險的輻射,更重要(yao)的是核(he)廢(fei)(fei)料(liao)需(xu)要(yao)妥善儲存許多(duo)年,一旦(dan)釋放到環境(jing)會帶(dai)來風險。

核聚變

科(ke)學家還發現另一種類型的(de)(de)核(he)反應(ying),一種產(chan)(chan)生能量而不產(chan)(chan)生核(he)廢料(liao)的(de)(de)反應(ying),當兩個較輕的(de)(de)原子結(jie)合成(cheng)一個較重的(de)(de)原子時,失去的(de)(de)質量就會(hui)(hui)轉化為能量,該過程被稱為核(he)聚變。同時,聚變也會(hui)(hui)發生在太陽核(he)心,每秒太陽將(jiang)大約6億(yi)噸的(de)(de)氫燃燒成(cheng)大約5.96億(yi)噸的(de)(de)氦,產(chan)(chan)生的(de)(de)能量相(xiang)當于數(shu)萬億(yi)顆(ke)原子彈(dan)。

然而,在(zai)地球(qiu)上實現核(he)聚(ju)變是(shi)非常困難(nan)的(de),該(gai)聚(ju)變僅在(zai)極端(duan)條(tiao)件下才(cai)會發生,例如(ru):太陽的(de)高溫高壓環境,迄今(jin)科(ke)學家還(huan)沒有有效(xiao)地證明可(ke)控核(he)聚(ju)變產生的(de)能量比消(xiao)耗的(de)更(geng)多,但他(ta)們正在(zai)努(nu)力做到(dao)這(zhe)一點,一種方(fang)法是(shi)用高功率激光從不同(tong)方(fang)向射(she)向微小的(de)氫同(tong)位素微粒。

核(he)聚變(bian)將是未來一(yi)種(zhong)非(fei)常(chang)有(you)前(qian)景(jing)的(de)(de)能源(yuan)解決(jue)方(fang)案(an),但(dan)人們很容易(yi)忽視我們的(de)(de)頭頂有(you)一(yi)個巨大的(de)(de)核(he)聚變(bian)反應(ying)堆,這就(jiu)是太(tai)陽(yang),隨著太(tai)陽(yang)能效(xiao)率不(bu)斷(duan)提高,我們甚至(zhi)不(bu)需(xu)要再創造其他(ta)能源(yuan),只需(xu)要捕捉更(geng)多的(de)(de)太(tai)陽(yang)能,就(jiu)能滿足人類日常(chang)所需(xu)的(de)(de)能量需(xu)求(qiu)。




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