Quantcast

女记者采访矿难,遭群殴多处受伤:为何鲜有机构媒体声援?

如何获得ClubHouse邀请码?

深度解读 | 姜文《让子弹飞》

2021年“露奶装”火了,又纯又欲太好看了!

口述 | 我的DIY阴蒂高潮体验大公开

Facebook Twitter

分享到微信朋友圈

点击图标下载本文截图到手机
即可分享到朋友圈。如何使用?

自由微信安卓APP发布,立即下载!
查看原文

上帝赐世界以光,爱因斯坦:我赏了他们一个公式

2017-11-17 团员(仮) 以太汽车 以太汽车

能源可以说是当今世界最受到关注的问题之一。由于不可再生性和发电过程带来的污染,传统化石类能源如煤、石油、天然气等都不利于社会和经济的可持续发展,人类对于“取之不尽、用之不竭的清洁能源”的需求日益迫切。

在许多专家心中,这种能源其实早在1905年阿尔伯特·爱因斯坦提出质能转换公式后,就已经悄然出现在人们的视野中了——

没错,那就是核能。


核能:取之不尽用之不竭

核能是通过核反应从原子核释放的能量。

从被发现以来,它一直是一种既让人类感到恐惧又难以离开的能源。特别是最近随着隔壁的福岛核电站事故以来,人们对于核能的排斥达到了一个顶点。然而核能的发展趋势是难以阻挡的——因为它是“取之不尽、用之不竭的清洁能源”。

迄今为止,人工获取核能的途径只有两种:核裂变和核聚变。它们是两个相反的核反应过程。

核裂变是某些元素(如铀、钚)的原子核在裂变为较轻原子核并释放出能量的过程;核聚变则是某些轻元素(如氢及其同位素氘、氚,以及氦、锂)的原子核聚变为较重原子核并释放出能量的过程。目前世界上投入使用的核电站都是核裂变能发电,不过它并不是这篇文章的重点,本文着重要介绍的是第二种核能发电方式——核聚变。

为什么只谈核聚变而不谈核裂变呢?因为后者具有的优点前者都有,但却没有后者的缺点。


 太阳能,就是核聚变来的

研究表明,核聚变反应中每个核子放出的能量比核裂变反应中每个核子放出的能量大约要高4倍,因此核聚变能是比核裂变能更为巨大的一种能量。太阳能就是氢发生核聚变反应所产生的。

核聚变能发电所用的燃料是氘和氚。

氘在海水中大量存在,1升海水中提取的氘,发生核聚变反应释放的能量与燃烧300升汽油相当。氚可以通过中子轰击锂核产生。大自然中锂的储量约为两千多亿吨,足以维持人类百万年以上的能源需求。而且氘和氚既无毒性,又几乎没有放射性(氚衰变时的穿透能很低,不会穿透人体,只有当大量吸入氚时才会对人体造成危害),不会产生环境污染和温室效应气体,作为燃料可以说十分理想。

与核裂变相比,核聚变不但燃料资源近乎无限且易于获得,其安全性也是核裂变反应堆无法与之相比的。

在可控的核聚变反应中,需要把燃料离解为等离子体态,对其进行加热和约束,使得原子核之间发生碰撞时,足以克服库伦斥力,产生聚变反应。作为释放能源的方式,这个过程还必须是持续的。因此要创造聚变反应的环境,首先要把作为燃料的等离子体加热到足够高的温度并维持足够高的密度,同时必须用强磁场将等离子体稳定地限制在特定的区域里,即在温度、密度足够高的条件下维持聚变燃料的持续燃烧。

只要有一条不满足,就会导致释能速度放慢以致停止聚变反应。这就是其固有的安全性。

反应堆正常工作时对应邻近地区的放射性剂量相当于2 X 10-5 sv/a,这一水平远低于国际放射性防护委员会推荐的最大容许剂量(对工作人员是50 sv/a,对居民是5 sv/a)。而在反应堆最严重的事故状态下作为燃料的氚全部泄漏,但托氚放射性超低的特性,只要在通风等各种措施的作用下几小时就可以恢复到辐射的安全水平。


但微缩模型不能研发核聚变

核聚变在实验阶段就需要大规模开展,并且相关设备也需要花很久来准备。

核聚变反应中的等离子体燃料的温度超过1亿摄氏度,要想使等离子体达到如此高的温度,就需要在核聚变反应开始之前,向反应器中提供大量能量(反应一旦开始,核聚变产生的能量就足以维持这一温度)。

可控核聚变所需要的苛刻要求促使等离子体物理学研究的蓬勃发展。等离子体内部存在着很多种运动形式,并且相互转化着,高温等离子体还有多种不稳定性,总是会呈现剧烈的变化。

因此等离子体研究是十非常复杂的问题。目前我们已经知道了描述等离子体比如离子、电子等的基本数学方程,然而这组方程却非常地难解。


于是,CAE就出场了

CAE,即计算机辅助工程,是一门涉及面广、集多学科与工程技术于一体的综合性、知识密集型技术,主要应用于武器、石油、核能、汽车、航空、电子、土木工程、通用机械和化工等行业。

它能够在设计过程中对特定对象进行模拟分析计算,基于几何模型或数学物理模型对所设计的对象进行质量分析、强度分析、振动分析和热分析等等。

在可控核聚变反应实验中就可以使用CAE来模拟等离子体燃料的运动状况和变化条件,为真正实现可控发挥积极的作用。因此高精度的CAE技术对于可控核聚变反应具有十分重要的意义。

目前可行性最大的可控核聚变反应装置——托卡马克(Tokamak)装置的设计中就广泛使用了CAE技术进行各种参数和性能的模拟并进行优化。

如今,国际科学界正联手在巴黎建造一处规模巨大的核聚变研究机构,即国际热核聚变实验反应堆,简称ITER(在拉丁语中意为“路”)。

它可以产生5亿瓦特的热核聚变能量,每次时间长达8分钟。如果将这些能量转化为电能的话,足以为15万户家庭供电。

相信在不久的将来,人类将真正进入没有任何核污染、燃料来源难以穷尽的核文明时代。届时人类生存条件会越来越好,距离和谐社会的火炬遍照寰宇也将越来越近。



推荐阅读

梦碎津巴布韦丨朕37年的江山,原计划给黑娘娘


约炮10个人啥感觉?丹麦人:我们hold得住!




文章有问题?点此查看未经处理的缓存