美国宣布首次实现核聚变净能量增益,距离商业化还有多远?(6)
2023-04-28 来源:飞速影视
核裂变的发生原理是因为如若较重的原子核分裂,新生核子质量也会不及原来核子质量。
核结合能,从轻重两端“往上走”释放能量,顶部的铁(Fe)“最稳定”
不过,这些较重的原子只可能在恒星爆炸过程中产生,分布较少,因此燃料有限。此外,虽然核裂变的能量密度极高,常用于一些需要极高能量密度的航天应用,但是其能量密度远不及核聚变:每公斤铀裂变大约产生80万亿焦耳的能量,但是每公斤氘氚聚变大约产生340万亿焦耳的能量。
这也是为什么氢弹比原子弹威力更大;全球目前威力最大的“沙皇炸弹”就是一个典型的氢弹,威力超5000万吨爆炸当量。原子弹的工作原理相对简单,一个触发机制引爆核裂变链式反应。氢弹则需要上述核裂变反应发生,诱发核聚变反应;实际上,大多数当代的氢弹中,只含少量的氢原子,大多数核聚变燃料实际上是锂,通过吸收核裂变反应产生的中子迅速聚变为核聚变燃料。有些人甚至称,“氢弹”实际上应该改名“锂弹”,才能更准确的反应其中储存的核聚变燃料。
氢弹爆炸过程(图源:中国工程物理研究院)
“氢弹”于1952年首次引爆,然而用核聚变产生能量的研究就复杂多了,因为氢弹是通过核裂变带来的威力才能在一瞬间维持核聚变反应;虽然核聚变释放的能量远超核裂变所投入的能量(Q达数十),但这一反应显然是不可控的。
在和平核聚变研究的开始,科学家很快发现无法轻易复制太阳或氢弹中心的条件,因此有些科学家提议,是否可以直接从氢弹提取核聚变能量?美国在1970年代一度研究过“PACER项目”,即在地下盐丘中连续引爆氢弹,通过产生的热能发电。不过,该项目因“巨大的技术难度”、“公众对此的潜在反对”以及“没有价格优势”而在1975年被叫停。
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