發電站利用核聚變還是核裂變(核電站發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,你很快就會發現,在發電方面,聚變實際上比裂變更好。
圖為:常規的幾種發電方式
核聚變發電的優勢
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,聚變不會產生任何放射性廢料,它只產生氦原子作為副產品,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生失控的連鎖反應,所以在聚變的情況下,實際上不存在熔毀(核反應堆因無法及時冷卻而熔化造成的損毀)的風險。
那么問題來了,既然聚變這么好,在很多方面都優于裂變,為什么我們不利用核聚變來產生能量呢?
雖然我們利用聚變制造了氫彈,但是要利用它來發電,還有很長的路要走。其實有很多原因導致我們到現在都沒法利用聚變,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生的能量的最大原因之一,是因為它對能量的要求高得令人難以置信。
我們知道核聚變需要一個初始的“點燃”反應,而這個初始反應需要至少1億攝氏度的溫度,這是太陽核心溫度的6倍多。
圖為:核聚變試驗裝置
現在,實驗核聚變反應堆確實存在,而且正在發揮作用,但它消耗的能量遠遠超過產生的能量。
如果給核聚變提供的能量超過我們從它那里獲得的能量,運行一個核反應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,當它被加熱到1億攝氏度時不發生變化,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
核聚變反應一旦開始,就需要大量的額外能量來維持。因此,我們應該在最初的反應中產生足夠多的能量,從而幫助其它原子聚變。除此之外,我們需要一個非常復雜和密集的設置來容納整個反應。
在這里要提的是,現在中國在這方面技術處于世界領先水平,全超導托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST)已實現1億攝氏度等離子體運行。
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的磁場容納在腔內。
等離子體的形成是一個突破,因為這就是我們想要的,但是等離子體的導電性很高。本質上,它會形成自己的電流和磁場,因為它在周圍快速移動,從而破壞了試圖把它容納在腔內的磁場,所以很難使其穩定安全。
另外,聚變反應產生的高能中子撞擊反應堆壁,反應堆中面向等離子體的那一層叫做第一壁,這種輻射使大多數通常用于鋼鐵中的合金元素具有放射性。
所以即使技術上實現了核聚變,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、福島等核事故的發生,而且“核”總是和原子彈、氫彈毀滅世界扯上關系,導致核能帶給公眾的都是“輻射危險”。
雖然現在核電站沒有用核聚變發電主要還是技術問題,但技術的沒法突破很大原因是資金。
因為任何與核能有關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,這種對技術和材料要求高的東西肯定要花不少錢。
說實話,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上和經濟上可行的過程,我們可能還需要幾年時間。
一旦核聚變的能量被開發和控制,我們就再也不用擔心能源耗盡了……永遠!