文：制造原理
Hello大家好，我是風(fēng)云哥。我們都知道在銀河系中存在著2000多億顆恒星，太陽作為其中一顆普通的恒星卻對(duì)人類的生存起到了至關(guān)重要的因素。事實(shí)上地球絕大多數(shù)能量就來源于這顆燃燒了50億年之久的恒星，可以說沒有太陽就不會(huì)有地球上繁榮的生命。
諸如煤炭、石油、天然氣這些不可再生能源，雖然為我們?nèi)祟惖陌l(fā)展立下了汗馬功勞，但終有一天將會(huì)耗盡，人類始終都面對(duì)著不可回避的問題，那就是能源危機(jī)。從根本上解決這一問題就在于尋找新能源，可控核能技術(shù)理所當(dāng)然的成為了各國(guó)研究的對(duì)象。
核能的本質(zhì)是通過核反應(yīng)，得到從原子核釋放出的能量。一般意義上我們可以通過三種途徑來獲得核能。其一是由核裂變獲得能量，較重的原子核分裂釋放結(jié)合能。其二是由核聚變獲得能量，較輕的原子核聚合在一起釋放結(jié)合能。其三是由核衰變獲得能量，原子核自發(fā)衰變過程中釋放能量。
不論是通過核裂變獲得能量的原子彈，還是通過核聚變獲得比原子彈厲害得多的氫彈。這都算不上對(duì)人類多光彩的事情，這種不可控的核反應(yīng)無異于是一場(chǎng)災(zāi)難。隨著社會(huì)的發(fā)展，將核能和平利用才是真正的造福人類。
基于核裂變?cè)?，人類制造出了可控鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)堆。但是這種反應(yīng)堆無法避免的產(chǎn)生了大量核廢料和嚴(yán)重的輻射危害，在核反應(yīng)堆不長(zhǎng)的歷史上就爆發(fā)過諸如切爾諾貝利，美國(guó)三里島，日本福島核電站等的災(zāi)難性核事故，核烏云一度籠罩在地球之上。
面對(duì)如此嚴(yán)峻的問題，其實(shí)解決方案一直都給地球提供能量的太陽身上。太陽無時(shí)不刻不在發(fā)生著核聚變反應(yīng)，而且核聚變不會(huì)產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長(zhǎng)期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，當(dāng)然也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境。但是想要對(duì)核聚變進(jìn)行可控制化管理并不是一件容易的事情。
最初的核聚變研究都是作為各國(guó)的最高機(jī)密，由各國(guó)各自進(jìn)行。但是其研究難度和投入的人力物力是任何一個(gè)國(guó)家也無法承擔(dān)的。最終由美俄兩國(guó)發(fā)起，中、日、韓、印、歐盟七方共同參與的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆與2006年成立，也被人們形象地稱為人造太陽計(jì)劃。
太陽的反應(yīng)機(jī)制是由于兩個(gè)氫原子在引力作用下集中到太陽核心超高溫和超高壓的環(huán)境下克服原子間的庫(kù)侖力進(jìn)行聚變生成氦的同時(shí)釋放出巨大的能量。如果我們要合理利用這種能量，就必須找到一種可以包裹和支持反應(yīng)的容器，這就是人造太陽的核心“托卡馬克裝置”其必須要承擔(dān)的起50000000度的反應(yīng)溫度。
事實(shí)上人類利用核聚變?cè)砩a(chǎn)的氫彈并不能很好的解釋人造太陽的原理，因?yàn)闅鋸梼?nèi)部是利用兩個(gè)氫原子的同位素氘（重氫）在核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的能量下聚合成氦，但是這種反應(yīng)以我們?nèi)祟惉F(xiàn)有條件下，根本無法控制氘-氘反應(yīng)，反應(yīng)的需要的條件和烈度沒有任何一種容器可以容納，后果就是一場(chǎng)核爆。
還好，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氫的同位素氘（重氫）和氚（超重氫）也可以發(fā)生核聚變產(chǎn)生能量并聚合成一個(gè)氦核。氘（重氫）、氚（超重氫）反應(yīng)的烈度要小很多，它的反應(yīng)速度僅僅是氘（重氫）、氘（重氫）反應(yīng)的1％，而點(diǎn)火溫度低得多，很適合人類現(xiàn)有條件下的利用。
想要建造人造太陽，似乎指日可待，我們只要獲得氘（重氫）和氚（超重氫）作為原料進(jìn)行反應(yīng)就可以了。但是氘（重氫）可以從海水里通過精餾得到重水通過電解得到。而氚（超重氫）半衰期只有12或26年，所以在地球誕生之初的氚早已衰變地?zé)o影無蹤了。自然界中是不存在氚（超重氫）的。
在這個(gè)問題上，科學(xué)家早已經(jīng)找到了解決辦法。鋰的兩種同位素，鋰-6和鋰-7，在被中子轟擊之后，就會(huì)裂變生成氦核和氚（超重氫）至此，人造太陽的兩種反應(yīng)原材料都找齊了，我們就需要對(duì)人造太陽的反應(yīng)機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化了。
事實(shí)上，在聚變反應(yīng)堆內(nèi)部的氚和氘反應(yīng)后，除了形成一個(gè)氦原子核之外，還有一個(gè)多余的中子，并且能量很高。這一個(gè)高能中子正好可以用來轟擊鋰的兩種同位素，鋰-6和鋰-7，從而使鋰原子裂變產(chǎn)生新的氚（超重氫），而這個(gè)新產(chǎn)生的氚（超重氫）又繼續(xù)可以參加氘、氚反應(yīng)，并且將反應(yīng)繼續(xù)維持下去。我們?cè)谌嗽焯柕挠?jì)劃中只需要提供氘原子核和鋰就可以維持反應(yīng)。
原料和理論都已經(jīng)準(zhǔn)備好了，現(xiàn)階段人造太陽的瓶頸就在于前面提到的“托卡馬克裝置”那個(gè)可以容納反應(yīng)，-收集并且利用能量的“罐子”。要知道，核聚變的溫度和能量是一般容器根本無法承擔(dān)的，那這個(gè)“托卡馬克裝置”究竟是怎么做到的呢？
超導(dǎo)托卡馬克裝置實(shí)質(zhì)上一種利用磁約束和真空絕熱來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器，同時(shí)還要負(fù)責(zé)真空系統(tǒng)、產(chǎn)氚（超重氫）系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、液氮液氦系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等。涉及到了超導(dǎo)技術(shù)，超高溫耐受技術(shù)，等離子技術(shù)，核物理學(xué)等高精尖技術(shù)領(lǐng)域。
它通過巨大能量的電流和磁場(chǎng)將超高溫的等離子體的氘、氚牢牢約束在圓管狀的“磁場(chǎng)籠子”里并進(jìn)行核聚變，磁場(chǎng)籠子的外層用于吸收核聚變產(chǎn)生的50萬千瓦超高熱功率。如果這項(xiàng)工程一旦完全竣工，人類將獲得一種前所未有的取之不盡用之不竭的新型能源，也留給子孫們一個(gè)永恒的“人造太陽”
2017年7月5日，中國(guó)科學(xué)家就公布過一段我國(guó)自主研發(fā)的全新一代托卡馬克裝置的100秒的視頻，這段視頻一經(jīng)公布，立刻引起了全球核聚變工程人員的轟動(dòng)，標(biāo)志著在現(xiàn)階段，中國(guó)已經(jīng)走在了世界的前沿。
雖然理論上這個(gè)項(xiàng)目預(yù)計(jì)需要35年才能建成，但是風(fēng)云哥覺得在現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)條件下，可控核聚變將不再是一個(gè)遙遠(yuǎn)的夢(mèng)想，或許有一天，所有的能量都會(huì)來源于可控核聚變。那將會(huì)是一個(gè)綠水青山的明天，沒有污染的明天。
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