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既然核聚变优势这么明显,那为什么核电站都用核裂变来发电呢?

2019-08-12 13:19:13

既然核聚变优势这么明显,那为什么核电站都用核裂变来发电呢?

目前,世界各地的核电站都利用核裂变的原理,在这个过程中,一个原子分裂成更小的原子,同时释放出能量,然后用来驱动其他东西。

核聚变则是和核裂变完全相反的过程,但它也能产生巨大的能量。(虽然核聚变、核裂变、核衰变都释放核能,但衰变释放的能量不多,所以很少考虑利用)

如果你明白原理的话,你很快就会发现,在发电方面,聚变实际上比裂变更好。

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图为:常规的几种发电方式

核聚变发电的优势

首先,核聚变比裂变需要更少的燃料,最重要的是,聚变是用氘(氢的一种同位素)作为燃料,这在自然界中是相当丰富的。

相比之下,裂变所需的燃料(铀、钚或钍)很难获得,而且贵得离谱!

此外,与裂变不同,聚变不会产生任何放射性废料,它只产生氦原子作为副产品,我们可以用各种方式利用它。

你在商场门口买的气球,很有可能就是氦气球,而且氦现在也变得稀缺,我们要登月的一个原因就是想要月球上的氦。

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图为:核聚变和裂变的不同

另外,由于聚变不会像裂变那样产生失控的连锁反应,所以在聚变的情况下,实际上不存在熔毁(核反应堆因无法及时冷却而熔化造成的损毁)的风险。

那么问题来了,既然聚变这么好,在很多方面都优于裂变,为什么我们不利用核聚变来产生能量呢?

虽然我们利用聚变制造了氢弹,但是要利用它来发电,还有很长的路要走。其实有很多原因导致我们到现在都没法利用聚变,让我们来看看其中的一些吧:

能量需求高,材料消耗大

我们无法利用核聚变产生的能量的最大原因之一,是因为它对能量的要求高得令人难以置信。

我们知道核聚变需要一个初始的“点燃”反应,而这个初始反应需要至少1亿摄氏度的温度,这是太阳核心温度的6倍多。

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图为:核聚变试验装置

现在,实验核聚变反应堆确实存在,而且正在发挥作用,但它消耗的能量远远超过产生的能量。

如果给核聚变提供的能量超过我们从它那里获得的能量,运行一个核反应堆就变得没有任何意义。

同时,我们不仅需要一种特殊的材料,当它被加热到1亿摄氏度时不发生变化,最重要的是,需要大量的液氦来保持整个装置的冷却。

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难以维持和容纳聚变反应

核聚变反应一旦开始,就需要大量的额外能量来维持。因此,我们应该在最初的反应中产生足够多的能量,从而帮助其它原子聚变。除此之外,我们需要一个非常复杂和密集的设置来容纳整个反应。

在这里要提的是,现在中国在这方面技术处于世界领先水平,全超导托卡马克核聚变实验装置(EAST)已实现1亿摄氏度等离子体运行。

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图为:中国“人造太阳”聚变模拟

EAST由一个甜甜圈形状的真空室组成,气体被泵入这个腔体,电流通过中心,使气体带电并形成等离子体,这种等离子体由很强的磁场容纳在腔内。

亚博体育88app亚博体育wap版等离子体的形成是一个突破,因为这就是我们想要的,但是等离子体的导电性很高。本质上,它会形成自己的电流和磁场,因为它在周围快速移动,从而破坏了试图把它容纳在腔内的磁场,所以很难使其稳定安全。

另外,聚变反应产生的高能中子撞击反应堆壁,反应堆中面向等离子体的那一层叫做第一壁,这种辐射使大多数通常用于钢铁中的合金元素具有放射性。

所以即使技术上实现了核聚变,也很难找到合适的材料来维持和容纳这样的极端条件。

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最后

由于切尔诺贝利、福岛等核事故的发生,而且“核”总是和原子弹、氢弹毁灭世界扯上关系,导致核能带给公众的都是“辐射危险”。

虽然现在核电站没有用核聚变发电主要还是技术问题,但技术的没法突破很大原因是资金。

因为任何与核能有关的东西通常很难让大众接受,所以很难得到大笔资金的支持,这种对技术和材料要求高的东西肯定要花不少钱。

说实话,核能(裂变或聚变)是我们今天能获得的“最清洁”和最安全的能源之一。

然而,要使核聚变成为技术上和经济上可行的过程,我们可能还需要几年时间。

一旦核聚变的能量被开发和控制,我们就再也不用担心能源耗尽了……永远!

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