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    熱核聚變技術成為新能源為何被叫停

    原創文章 發布時間: 2021-08-03 14:25:01

      眾所周知,運動是絕對的,而靜止是相對的,那么什么東西一直在支持著絕對的運動呢?答案就是能量的轉移。能量是萬物運動的本質,通常情況下能量會從高溫物體轉移到低溫物體,宏觀方面有不同的表現,例如物體狀態的變化、生物做出的動作等等。如果宇宙沒有了能量,那么靜止就變成絕對的,一切都會陷入死寂。

      與能量息息相關的另一個詞是能源,它更加具象些,我們可以理解為能量的源泉,例如火源、水源、太陽光、生物能等等。人類在地球上的生存無法離開能源的支撐,人類文明之所以能夠發展到如今的高度也是有能源作為基底在默默支撐著。如果有一天人類在地球上找不到能利用的能源了,那么人類文明也就終結了。

      一直以來,人類主要消耗的是化石能源,然而地球上的化石能源是有限的,且不可再生,因此需要在化石能源消耗完之前找到可再生、清潔且效率更高的能源,那么科學家們已經發現了哪些可能有希望的能源?未來還有可能發展哪些能源呢?

      太陽產能那么大,可以效仿它的產能方式嗎?

      早在上世紀五十年代,蘇聯和美國的科學家通過對太陽的長期研究后,發現太陽之所以能夠幾十億年如一日地燃燒,而且保持表面五千多攝氏度,是因為其內部在持續進行核聚變反應。既然核聚變反應能夠產生如此大的能量,為什么人類不能研究這種技術,讓它成為主要的產能方式呢?最早提出建設熱核聚變反應堆的科學家來自蘇聯,他將該裝置稱為“托卡馬克”。

      在蘇聯提出托卡馬克后,歐洲一些國家也緊隨腳步進行熱核聚變研究,到了七十年代,中國獲得了蘇聯贈送的一批舊裝置,也開始研究熱核聚變裝置。1985年,西方多個國家共同提出建設國際熱核聚變實驗堆,于是開始籌建項目并投入資金進行工程設計。到了2001年,國際熱核聚變反應堆(ITER)的工程設計才正式完成。

      后來中國、韓國和印度也加入這一國際計劃,該計劃用35年的時間來完成,其中建造階段需用10年,運行和開發利用階段需用20年,拆除裝置需要5年。去年七月底,ITER計劃的安裝工程正式在法國卡達拉舍進行,這正式標志著人類共同合作的熱核聚變事業進入正軌。如果計劃順利執行的話,那么人類最終能在2050年前掌握熱核聚變技術。

      什么是冷核聚變?

      ITER項目從上世紀八十末提出到工程設計完成,足足用了15年的時間,之后再經過各國的分工合作,又用了十幾年的時間來研發裝置部件,可見這個工程的難度很高。ITER項目之所以難度高,是因為熱核聚變反應不好控制。該技術除了要營造上千萬攝氏度的環境之外,還要保證輸入的能量和輸出的能量達到平衡,至今世界上沒有一個國家能做到后面這一點。

      既然熱核聚變所需的超高溫度難以實現,那么為什么不嘗試在低溫控制核聚變反應呢?這個時候的核聚變就不叫“熱核聚變”了,而是“冷核聚變”,但在理論上卻是可行的。最早的冷核聚變方法是利用介子的催化作用來引導核聚變。所謂的介子就是μ介子,它和電子一樣帶負電,但質量比電子重2.7倍。

      上世紀有科學家在研究高能宇宙射線轟擊地球大氣的過程中發現了μ介子,并且發現μ介子會在氘和氚的混合物中發揮作用,這種作用具體表現為μ介子取代電子和原子核結合,形成新原子。因為μ介子的重量比電子大,所以形成的新原子質量也更大,原子與原子之間的密度更高,距離更小,在量子隧穿的作用下更容易融合在一起。

      但利用介子的催化作用來實現冷核聚變也存在局限性,那就是介子的催化效果只能維持100次左右,也就是說這種方法下的冷核聚變也無法實現自持,這也意味著輸入裝置的能量無法和輸出的能量達到平衡。

      有沒有人實現過冷核聚變?

      那么歷史上是否有科學家實現過冷核聚變呢?據說在1989年的時候,國外一支科研團隊通過簡單的電化學反應實現了冷核聚變,整個過程甚至都沒有借助μ介子的幫助,他們是怎么做到的呢?據了解,實驗人員利用電化學原理,用鈀棒和鉑棒組成一個化學電池,電池中的氫原子是氘。通電后,實驗人員檢測到電極產生了氧氣和氘。

      而且氘都聚集在鈀棒那里,通過鈀棒的催化作用變成了氦。然而這個團隊的實驗并沒有得到科學界的一致認同,因為不少科學家按照他們的方法去進行實驗,發現并未能得到冷核聚變的效果,因此該方法下所謂的冷核聚變也被認為是一次欺騙。換而言之,真正的冷核聚變技術還未出現,人類當下能掌握熱核聚變技術就已經很強了。

      如果未來真的出現了自由能源,會得到推廣嗎?

      除了冷核聚變技術之外,近現代歷史上還出現過永動機、水氫發動機等技術,不同的是后面這些技術都被證明是偽科學,在現實中不可能實現。而像熱核聚變、冷核聚變這些技術,屬于一旦引發后就能自持反應的,而且所需要的原料并不多,因此在科學上被稱為“自由能源”,如果這類能源實現了,會得到推廣嗎?

      答案是不一定,因為總會有資本在背后發揮影響。人類社會長期由化石能源支撐著,許多資本發展也離不開化石能源,如果未來有一天新能源方式得到了推廣,那么那些與化石能源掛鉤的資本該如何生存呢?如果資本不懂得與時俱進,堅持發展傳統能源,那么再好的技術也很難造福全人類。


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