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核聚變一次能產生多少能量?

2022-06-22 15:37    核聚變

核聚變將是未來一種(zhong)非常有前景的(de)(de)能(neng)源(yuan)解決方案(an),但人(ren)們很容易忽視我們的(de)(de)頭頂(ding)有一個(ge)巨大的(de)(de)核聚變反應(ying)堆,這就(jiu)是太陽,隨著太陽能(neng)效率(lv)不斷提(ti)高,我們甚至(zhi)不需要再創造其他能(neng)源(yuan),只需要捕捉更多的(de)(de)太陽能(neng),就(jiu)能(neng)滿足(zu)人(ren)類日(ri)常所(suo)需的(de)(de)能(neng)量需求(qiu)。


在我們的(de)(de)頭頂,有一(yi)種源(yuan)于自然(ran)的(de)(de)強大(da)(da)能(neng)源(yuan)——太(tai)陽(yang),它距離地球大(da)(da)約(yue)9300萬英里,僅有十億分之一(yi)的(de)(de)太(tai)陽(yang)總能(neng)量傳輸到達(da)地球,太(tai)陽(yang)的(de)(de)能(neng)量使地球變成(cheng)一(yi)個充滿生命的(de)(de)世界,太(tai)陽(yang)每秒向地球表面傳遞的(de)(de)能(neng)量相當于2018年所有發(fa)電站的(de)(de)總發(fa)電量。

在地球上,人類主要(yao)通過收集(ji)能(neng)量來驅(qu)動機器運(yun)轉(zhuan),例如:收集(ji)下落的(de)水的(de)能(neng)量,在水力發(fa)電廠將水的(de)勢能(neng)轉(zhuan)化(hua)為電能(neng),為了(le)創造能(neng)量,人們必須將物質轉(zhuan)化(hua)為能(neng)量。

鏈式反應

產生能量的其(qi)中一(yi)種方法是裂變原(yuan)子(zi)(zi),原(yuan)子(zi)(zi)是宇宙中所有(you)物質的基(ji)本組成分子(zi)(zi),因(yin)此如何控制裂變原(yuan)子(zi)(zi)的鏈式反應,就能產生穩(wen)定的能量流,一(yi)旦(dan)該(gai)反應失去(qu)控制,裂變原(yuan)子(zi)(zi)在一(yi)次核爆炸(zha)中會同(tong)時釋放大量能量。

每個(ge)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)核心(xin),即原(yuan)子(zi)(zi)核,是由更小的(de)粒子(zi)(zi)構(gou)成(cheng),即質(zhi)子(zi)(zi)和(he)中子(zi)(zi)。將(jiang)(jiang)原(yuan)子(zi)(zi)核凝聚在一起的(de)作用力(li)存儲了大量的(de)能(neng)量,為(wei)了從原(yuan)子(zi)(zi)核中獲得能(neng)量,科學家們提出了一個(ge)將(jiang)(jiang)重(zhong)原(yuan)子(zi)(zi)分裂成(cheng)輕(qing)原(yuan)子(zi)(zi)的(de)過程,因為(wei)較(jiao)輕(qing)原(yuan)子(zi)(zi)不需要像較(jiao)重(zhong)原(yuan)子(zi)(zi)那(nei)么多的(de)能(neng)量,用于將(jiang)(jiang)原(yuan)子(zi)(zi)核聚集在一起,能(neng)量以熱(re)或者光的(de)形式釋放出來,這個(ge)過程叫做(zuo)核裂變。

當一(yi)個原子被(bei)分(fen)裂(lie)時,就開(kai)始產生連(lian)鎖反(fan)應(ying):被(bei)分(fen)裂(lie)的原子會(hui)觸(chu)發另(ling)一(yi)個原子產生分(fen)裂(lie),以(yi)此(ci)類推(tui)。為了使鏈式反(fan)應(ying)處于可控范(fan)圍(wei),科學家研發了減緩原子分(fen)裂(lie)的方法,例(li)如(ru):吸(xi)收(shou)一(yi)些分(fen)裂(lie)的粒子。

核能

核(he)(he)電(dian)站收集原子分裂釋(shi)放的(de)能量,世界上最大(da)的(de)核(he)(he)電(dian)站是日(ri)本的(de)柏崎刈羽核(he)(he)電(dian)站,它由7個(ge)核(he)(he)反應堆(dui)組(zu)成,最大(da)發電(dian)能力大(da)約(yue)是8000兆瓦(wa),世界上最大(da)的(de)單個(ge)核(he)(he)反應堆(dui)是中國臺(tai)山核(he)(he)電(dian)站的(de)兩(liang)座核(he)(he)反應堆(dui)之間(jian)的(de)紐帶,臺(tai)山核(he)(he)電(dian)站的(de)每個(ge)反應堆(dui)裝機(ji)容量為1750兆瓦(wa)。

單(dan)個核(he)反應(ying)堆比不(bu)受控(kong)制的核(he)反應(ying)(例(li)如原(yuan)(yuan)子彈(dan)爆炸)產生的能量小許多,現今,引(yin)爆一顆原(yuan)(yuan)子彈(dan)是(shi)所產生的能量相當于柏崎刈羽核(he)電站半年的發電量。

核(he)裂變(bian)過程的一個缺(que)點是(shi)產(chan)生(sheng)核(he)廢(fei)料(liao),裂變(bian)的原子(zi)通常不穩(wen)定,并(bing)產(chan)生(sheng)危險的輻射,更重要(yao)的是(shi)核(he)廢(fei)料(liao)需要(yao)妥善儲存許多年,一旦釋放到(dao)環境會帶來風(feng)險。

核聚變

科學(xue)家還發現(xian)另一(yi)種(zhong)類型的(de)核反(fan)應,一(yi)種(zhong)產(chan)生能量而不產(chan)生核廢料的(de)反(fan)應,當兩(liang)個較輕的(de)原(yuan)(yuan)子結合成一(yi)個較重的(de)原(yuan)(yuan)子時,失(shi)去的(de)質量就會(hui)轉(zhuan)化為能量,該過程被稱(cheng)為核聚(ju)變。同時,聚(ju)變也會(hui)發生在太(tai)陽核心,每(mei)秒太(tai)陽將大約6億噸的(de)氫燃燒(shao)成大約5.96億噸的(de)氦,產(chan)生的(de)能量相當于(yu)數萬(wan)億顆原(yuan)(yuan)子彈。

然而,在地(di)球上實(shi)現核聚變是非(fei)常困(kun)難(nan)的(de)(de),該聚變僅在極端(duan)條件(jian)下才(cai)會(hui)發生,例如(ru):太陽的(de)(de)高溫(wen)高壓(ya)環境(jing),迄今科學家還沒有(you)有(you)效地(di)證明(ming)可控核聚變產(chan)生的(de)(de)能量比(bi)消耗的(de)(de)更多(duo),但他們正(zheng)在努力做到(dao)這一(yi)(yi)點,一(yi)(yi)種方(fang)法(fa)是用高功(gong)率激光從(cong)不同(tong)方(fang)向射向微小的(de)(de)氫同(tong)位(wei)素微粒。

核聚(ju)變(bian)將是未來一種非常有(you)前(qian)景的(de)(de)(de)能源(yuan)解決方案,但人(ren)(ren)們很(hen)容易忽(hu)視我們的(de)(de)(de)頭頂有(you)一個巨大的(de)(de)(de)核聚(ju)變(bian)反應堆(dui),這就(jiu)是太(tai)(tai)陽,隨著太(tai)(tai)陽能效率不斷提高,我們甚至(zhi)不需要再(zai)創(chuang)造其他能源(yuan),只需要捕捉更多的(de)(de)(de)太(tai)(tai)陽能,就(jiu)能滿足人(ren)(ren)類(lei)日常所需的(de)(de)(de)能量需求。




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