可控核聚变若实现,会把地球上的氚用光吗?本就只有几公斤

B站影视 电影资讯 2025-11-14 08:57 1

摘要:根据科学家的研究我们能够知道,在地球上生活着各种各样的生物,有海洋生物、有陆地生物、有两栖生物和微生物等等,人类就是由陆地生物猿类进化而来的,当时地球上生活着各种各样凶猛的生物,猿类生物为了能够长久的发展下去,于是他们选择了群居生活,群居生活不仅仅能够促进彼此

根据科学家的研究我们能够知道,在地球上生活着各种各样的生物,有海洋生物、有陆地生物、有两栖生物和微生物等等,人类就是由陆地生物猿类进化而来的,当时地球上生活着各种各样凶猛的生物,猿类生物为了能够长久的发展下去,于是他们选择了群居生活,群居生活不仅仅能够促进彼此之间相互交流的机会,还能够有效的抵抗外来侵略者,科学家经过研究发现,频繁的交流能够使得大脑的发育变得越来越快,由于猿类生物长期在一起生活,所以猿类的大脑变得越来越聪明,最终成功进化为人类,人类从诞生以后就开始不断地研究和探索世界的奥秘,现在人类已经能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度很快。

不过人类之所以能够有如此之快的发展速度,离不开资源的利用,在自然资源中,水资源是人类生存的首要资源。地球表面约71%被水覆盖,但淡水资源仅占总水量的2.53%,且大部分储存在冰川、冻土中,可直接利用的河流水、湖泊水和地下水不足1%。土地资源是人类开展生产活动的载体。人类根据土地的地形、土壤肥力等特性,将其划分为耕地、林地、草地、建设用地等类型:耕地用于种植粮食作物和经济作物,是全球粮食安全的核心保障;林地不仅为人类提供木材,还通过光合作用吸收二氧化碳、涵养水源,发挥生态调节作用;草地支撑畜牧业发展,为人类提供肉类、奶制品、皮毛等产品;建设用地则用于修建城市住宅、道路、工厂、机场等,满足人口聚居与工业、交通发展的需求。

矿产资源是工业文明的“基石”,根据用途可分为能源矿产、金属矿产和非金属矿产。能源矿产如煤炭、石油、天然气,是全球主要的化石能源,支撑着火力发电、交通运输、化工产业的运转;金属矿产包括铁、铜、铝、金、银等,铁矿通过冶炼制成钢材,用于建筑结构、机械制造、汽车生产,铜矿用于制造电线电缆,铝矿因质轻、耐腐蚀,广泛应用于航空航天、电子设备领域;非金属矿产如石灰石、石膏、石英砂,在建筑、建材、高新技术产业中不可或缺。这些资源对于人类文明的发展来说,起到了非常重要的作用,不过这些资源基本上都是一些普通资源,人类文明想要变得更加强大,需要掌握可控核聚变才行。

核聚变,顾名思义,是指两个较轻的原子核在极端条件下相互碰撞、融合,形成一个更重的原子核,并在此过程中释放出巨大能量的核反应。这一过程与核裂变,即重原子核分裂为轻核,恰恰相反。在自然界中,太阳和所有恒星正是依靠持续不断的核聚变反应来发光发热。太阳核心的温度高达1500万摄氏度,在巨大引力压缩下,氢核不断聚变为氦核,每秒将约6亿吨氢转化为氦,其中约400万吨质量转化为能量,按照爱因斯坦的质能方程E=mc²释放出光与热,滋养着地球上的生命。太阳的质量约为2×10²⁷吨,其中氢元素占比约73%,氦元素占比约25%,其余为重元素(如碳、氧、铁等)。

由于太阳的质量属于“中小质量恒星”,其核聚变主要通过质子-质子链反应(p-p链反应) 进行(质量更大的恒星会以“碳氮氧循环”为主),整个过程以4个质子(氢核,符号¹H)为原料,最终生成1个氦核(α粒子,符号⁴He),同时释放能量。具体可分为三个关键步骤:

第一步:质子融合形成氘核,2个质子(¹H)在高温高压下高速碰撞,其中1个质子通过β⁺衰变(质子转化为中子、正电子和中微子)转化为中子,与另1个质子结合形成氘核(重氢核,²H) ,同时释放出1个正电子(反物质粒子)和1个中微子。正电子会立即与周围的电子(物质粒子)发生“湮灭反应”,两者质量完全转化为2个高能光子(γ射线),这是反应中能量释放的初始形式。而中微子质量极轻、穿透性极强,几乎不与其他物质相互作用,会以接近光速的速度瞬间逃离太阳核心,仅需约2秒就能到达太阳表面。

第二步:氘核与质子融合形成氦-3,生成的氘核(²H)会迅速与第3个质子(¹H)碰撞,融合形成氦-3核(³He,含2个质子、1个中子) ,同时释放出1个高能γ射线光子。此时,反应已完成“3个质子向轻氦核的转化”,但氦-3仍不稳定,会继续参与下一步反应。第三步:两个氦-3核融合形成氦-4,2个氦-3核(³He)在核心环境中碰撞融合,最终生成1个稳定的氦-4核(⁴He,含2个质子、2个中子) ,同时释放出2个质子(¹H)。这2个质子会重新回到核心等离子体中,再次参与下一轮质子-质子链反应,形成“原料循环”——正是这种循环,让太阳的核聚变能持续数十亿年。从太阳诞生以后,就开始源源不断的释放光和热。

地球每秒钟接收到的太阳光能量大约只有22亿分之一,但是大家不要小看这22亿分之一的能量,这相当于100万吨煤炭燃烧的能量总和,所以对于人类来说,太阳产生的能量是取之不尽用之不竭的,所以很多国家现在开始研究可控核聚变技术,可控核聚变技术是指在一定条件下,控制核聚变的速度和规模,将核聚变产生的能量用于社会生产和人类生活的技术,目前,实现可控核聚变的主要方式有惯性约束和磁约束。磁约束中,托卡马克装置是主流。它通过环形磁场将高温等离子体约束在圆环中,并利用感应电场对其加热,使核聚变反应能够持续进行。惯性约束则是利用激光或X射线加热核聚变燃料靶丸,使其外壳喷射产生反冲压力,压缩内部燃料实现聚变。

不过想要实现可控核聚变并不是一件容易的事情,需要使用大量的氚,氚是氢的一种同位素,原子核里有一个质子和两个中子,比普通氢重多了。它在自然界里稀少得可怜,总量估计也就3.5公斤左右,大部分散布在大气层和海洋中,以痕量气体形式存在。这种稀缺是有原因的,氚有放射性,半衰期大约是12.3年,每年衰减率大约是百分之5左右,所以就算是产生出来,也无法保存很久,现在全球库存大概25到30公斤,大多来自加拿大CANDU重水反应堆,每年产2公斤左右。 这些反应堆运行时,中子跟重水里的氘互动,副产物就是氚,积累起来再提取。看到这里,相信很多人会产生一个疑问,为什么聚变离不开氚?

聚变并非绝对“离不开”氚,但氚是目前人类实现可控核聚变最现实、最高效的选择,核心原因在于其能显著降低聚变反应的门槛,让反应更易实现。从核聚变的本质来看,反应需要轻原子核克服彼此间的库仑斥力(同种电荷相互排斥),在极高温度、压力下碰撞融合。而原子核的电荷数(质子数)越少,库仑斥力就越小,反应所需的温度和压力也越低,这是氚成为优选的关键逻辑。氘好找,海水里每升含0.03克,全球储备40万亿吨,够用几百万年。 可氚是短板,没有它,反应门槛高得多。ITER国际热核实验堆计划2035年全功率运行,预计每年耗1公斤氚,15年寿命里可能吃掉15公斤。 全球库存峰值后会因衰变和销售稳步下降,到2030年底前可能见顶。

据科学家估算,地球上天然氚的总量仅有几公斤左右,大部分散布在大气层和海洋中,以痕量气体形式存在。这是因为氚主要由宇宙射线与地球大气层相互作用产生,生成效率很低,再加上其不断衰变,难以在地球上长期大量存在。其在氢元素中的丰度仅为0.000000000000000001,几乎不具备开采价值。不过,人类可以通过人工方式制造氚,主要是利用中子轰击锂-6原子核,使其生成氦-4和氚。目前来说,可控核聚变是人类文明科技发展的一个重要转折点,如果说人类真的能够实现可控核聚变技术,那么对于人类来说,科技将会变得更加强大,从能源供给维度来看,可控核聚变将会彻底打破人类对传统化石能源的依赖。构建无限能源的体系。

在环境方面,可控核聚变将成为人类应对气候变化、修复生态系统的核心武器,一旦核聚变成为主流能源,全球碳排放将在数十年内大幅下降,有望在21世纪末实现“碳中和”甚至“碳负排放”,延缓甚至逆转全球变暖趋势——冰川融化、海平面上升、极端气候等问题将得到有效缓解,被破坏的生态系统(如珊瑚礁、热带雨林)将获得恢复时间。经济格局层面,可控核聚变将重塑全球产业结构与经济权力分配,催生新的经济增长极。社会生活与发展维度,可控核聚变将缩小全球发展差距,提升人类整体生活质量。在生活方式上,核聚变带来的廉价能源将改变人类的生产生活习惯:家庭供暖、制冷、家电使用无需考虑“电费成本”,建筑可实现“零能耗”设计。

农业生产中,人工光照、智能灌溉可依托低成本电力大规模应用,实现“垂直农场”的普及,减少对耕地的依赖,保障全球粮食安全;甚至“海水淡化”成本将大幅降低,通过核聚变电力驱动的大规模海水淡化工程,可解决全球干旱地区的水资源短缺问题,让沙漠地区发展农业、建设城市成为可能。总体而言,可控核聚变的实现不仅是“能源革命”,更是人类文明的“升级契机”。小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,虽然现在人类还没有办法彻底实现可控核聚变技术,但是人类一直都在不断的努力和发展,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够实现这项技术,对此,大家有什么想说的吗?

来源:星空承载梦想

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