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發(fā)電站利用核聚變還是核裂變(核電站發(fā)電利用的是核聚變還是核裂變)

發(fā)電站利用核聚變還是核裂變(核電站發(fā)電利用的是核聚變還是核裂變)

發(fā)電站利用核聚變還是核裂變(核電站發(fā)電利用的是核聚變還是核裂變)

目前,世界各地的核電站都利用核裂變的原理,在這個過程中,一個原子分裂成更小的原子,同時釋放出能量,然后用來驅(qū)動其他東西。

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核聚變則是和核裂變完全相反的過程,但它也能產(chǎn)生巨大的能量。(雖然核聚變、核裂變、核衰變都釋放核能,但衰變釋放的能量不多,所以很少考慮利用)

如果你明白原理的話,你很快就會發(fā)現(xiàn),在發(fā)電方面,聚變實(shí)際上比裂變更好。

圖為:常規(guī)的幾種發(fā)電方式

核聚變發(fā)電的優(yōu)勢

首先,核聚變比裂變需要更少的燃料,最重要的是,聚變是用氘(氫的一種同位素)作為燃料,這在自然界中是相當(dāng)豐富的。

相比之下,裂變所需的燃料(鈾、钚或釷)很難獲得,而且貴得離譜!

此外,與裂變不同,聚變不會產(chǎn)生任何放射性廢料,它只產(chǎn)生氦原子作為副產(chǎn)品,我們可以用各種方式利用它。

你在商場門口買的氣球,很有可能就是氦氣球,而且氦現(xiàn)在也變得稀缺,我們要登月的一個原因就是想要月球上的氦。

圖為:核聚變和裂變的不同

另外,由于聚變不會像裂變那樣產(chǎn)生失控的連鎖反應(yīng),所以在聚變的情況下,實(shí)際上不存在熔毀(核反應(yīng)堆因無法及時冷卻而熔化造成的損毀)的風(fēng)險。

那么問題來了,既然聚變這么好,在很多方面都優(yōu)于裂變,為什么我們不利用核聚變來產(chǎn)生能量呢?

雖然我們利用聚變制造了氫彈,但是要利用它來發(fā)電,還有很長的路要走。其實(shí)有很多原因?qū)е挛覀兊浆F(xiàn)在都沒法利用聚變,讓我們來看看其中的一些吧:

能量需求高,材料消耗大

我們無法利用核聚變產(chǎn)生的能量的最大原因之一,是因?yàn)樗鼘δ芰康囊蟾叩昧钊穗y以置信。

我們知道核聚變需要一個初始的“點(diǎn)燃”反應(yīng),而這個初始反應(yīng)需要至少1億攝氏度的溫度,這是太陽核心溫度的6倍多。

圖為:核聚變試驗(yàn)裝置

現(xiàn)在,實(shí)驗(yàn)核聚變反應(yīng)堆確實(shí)存在,而且正在發(fā)揮作用,但它消耗的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過產(chǎn)生的能量。

如果給核聚變提供的能量超過我們從它那里獲得的能量,運(yùn)行一個核反應(yīng)堆就變得沒有任何意義。

同時,我們不僅需要一種特殊的材料,當(dāng)它被加熱到1億攝氏度時不發(fā)生變化,最重要的是,需要大量的液氦來保持整個裝置的冷卻。

難以維持和容納聚變反應(yīng)

核聚變反應(yīng)一旦開始,就需要大量的額外能量來維持。因此,我們應(yīng)該在最初的反應(yīng)中產(chǎn)生足夠多的能量,從而幫助其它原子聚變。除此之外,我們需要一個非常復(fù)雜和密集的設(shè)置來容納整個反應(yīng)。

在這里要提的是,現(xiàn)在中國在這方面技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平,全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(EAST)已實(shí)現(xiàn)1億攝氏度等離子體運(yùn)行。

圖為:中國“人造太陽”聚變模擬

EAST由一個甜甜圈形狀的真空室組成,氣體被泵入這個腔體,電流通過中心,使氣體帶電并形成等離子體,這種等離子體由很強(qiáng)的磁場容納在腔內(nèi)。

等離子體的形成是一個突破,因?yàn)檫@就是我們想要的,但是等離子體的導(dǎo)電性很高。本質(zhì)上,它會形成自己的電流和磁場,因?yàn)樗谥車焖僖苿樱瑥亩茐牧嗽噲D把它容納在腔內(nèi)的磁場,所以很難使其穩(wěn)定安全。

另外,聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子撞擊反應(yīng)堆壁,反應(yīng)堆中面向等離子體的那一層叫做第一壁,這種輻射使大多數(shù)通常用于鋼鐵中的合金元素具有放射性。

所以即使技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了核聚變,也很難找到合適的材料來維持和容納這樣的極端條件。

最后

由于切爾諾貝利、福島等核事故的發(fā)生,而且“核”總是和原子彈、氫彈毀滅世界扯上關(guān)系,導(dǎo)致核能帶給公眾的都是“輻射危險”。

雖然現(xiàn)在核電站沒有用核聚變發(fā)電主要還是技術(shù)問題,但技術(shù)的沒法突破很大原因是資金。

因?yàn)槿魏闻c核能有關(guān)的東西通常很難讓大眾接受,所以很難得到大筆資金的支持,這種對技術(shù)和材料要求高的東西肯定要花不少錢。

說實(shí)話,核能(裂變或聚變)是我們今天能獲得的“最清潔”和最安全的能源之一。

然而,要使核聚變成為技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的過程,我們可能還需要幾年時間。

一旦核聚變的能量被開發(fā)和控制,我們就再也不用擔(dān)心能源耗盡了……永遠(yuǎn)!

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