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人造小太阳是个啥,现在到底造出来了吗,发展前景如何?

乐鱼网址_首页 动态 2022-01-17 15:41

有人看到媒体网络上老说科学家造出了人造太阳,很是担心会不会对人类有害,理由是太阳发热会加速低温,很担心把地球烤焦了烤糊了,人类就没办法活命了。而且还把这种可能当做“科学也是双刃剑,造福人类的同时也可能摧毁人类”的证据来提出。

其实有这种认识的人完全没弄清楚人造太阳是个啥玩意,只是凭着生活常识中天上有个太阳,就认为人造太阳是在地上或不远的空中再造一个太阳。这样,就形成天上有个太阳,地上也有个太阳,古代的九个太阳被后羿射掉了,现在又来造一个太阳,这不是人类作死吗?

这是民科思维,按生活常识来理解科学只会钻入死胡同。我们要了解科学事物,尤其是一些比较前沿高深的科学事物,一定要学习,通过虚心学习才能够渐渐了解了。千万不要以为“窥一斑而见全豹”,把生活中一些日常生活逻辑随意乱套,否则就会陷入胡思怪想之中。

人造太阳是过分夸张了,不可能做出来的,因为太阳太大了,大得让一些缺乏科学素养的人无法想象。我们地球只有太阳质量的0.0003%,人类连月球都造不出,怎么能造出太阳呢?所谓人造太阳,准确称谓是“人造小太阳”,这种人造小太阳只是有点太阳性质,完全无太阳之实。

说穿了,就是在一个密封容器里,创造出氢核聚变的条件,模仿太阳内部核聚变的情况,并且让核聚变能量可控的缓慢释放,利用这种巨大能量解决困扰人类多年的能源危机,发展人类文明。

因此这个所谓人造小太阳,只是在容器内部发生着超高温的等离子火球持续燃烧,在设备外面一点也看不出有任何太阳的样子。

太阳核聚变与人类可控核聚变有很大区别。太阳像所有恒星一样,核心每时每刻都在进行中核聚变,正是核聚变所激发出来的巨大能量,支撑恒星保持着稳定的主序星状态(上图)。太阳中心压力达到了地球海平面的3000亿倍,温度达到1500万K,在这样环境下,氢原子电子被剥离,露出了光秃秃的原子核,核子们被挤压在一起,发生融合,同时释放出巨大能量,这就是氢核聚变。

在地球上,无法形成3000亿个大气压,因此要实现持续的氢核聚变就需要更高的温度,这个温度要达到1亿K。也就是说,人类弄的可控核聚变温度比太阳核心温度还要高出近6倍。

但人类可控核聚变也是氢核聚变,形成超高温的等离子态,有点像太阳内部的核聚变,因此人们就它称为“人造小太阳”。

核聚变是比核裂变效率高5倍多的能源。原子弹采用的是核裂变技术,人类自从研制成功原子弹以后,很快就把可控核裂变推上了社会引用,核发电就是个典型例子。但可控核聚变的研究却难多了,进展也很缓慢。

核裂变质能转化率只有0.13%,而核聚变质能转化率达到0.7%,比核裂变要高出5倍多,而且核聚变的原材料容易得到,储量丰富,且核聚变不会产生污染,是最清洁的能源,因此人类朝思梦想着尽快掌握可控核聚变技术。

我们知道,不可控氢核聚变人类早就掌握了,就是氢弹爆炸,这种爆炸惊天动地,虽然也是核聚变巨大能量的释放,但“轰”的一下就炸完了,除了威慑和杀人,几乎没有其他用处。要想造福人类,解决人类能源危机,就要让核聚变的巨大能量慢慢释放,通过发电等做功方式服务社会。为此,科学家们穷尽所能研究了几十年,还没有成功。

可控核聚变实现起来很困难。要知道,我们迄今发现的任何元素都无法经受住太阳表面6000K的高温,也就是说已知地球上的任何物质,在这种高温下都会被迅速溶解气化。而我们地球上在无法获得几千亿大气压的超高压情况下,要实现连续可控核聚变需要达到亿度高温,这个温度是太阳表面温度的16000倍!

有什么容器能够束缚住如此高温的等离子体呢?经过长久摸索,人们找到了几种方法,即:重力约束、磁约束、惯性约束。当然这些都是非物质容器,目前的实验采用得比较多的是磁约束。就是制造一个磁场陷阱,把带电的高温等离子体约束在这个“陷阱”中燃烧,不让其与任何容器表面接触,这样容器就不会被气化掉了。

磁约束比较典型的装置叫托卡马克,就是上图的这种装置,这看起来像太阳吗?虽然约束核聚变高温等离子体的方法找到了,但还有许多问题要解决。目前实验的进展是,点火实现了核聚变,温度达到1亿度,输出功率大于输入,可以维持一个短暂的核聚变时间。在这个领域,中国走在了世界前列,在全超导托卡马克装置上,2017年7月3日,实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行。

101.2秒就是世界纪录,可见可控核聚变还在艰难的爬行,任重道远。但这种重大突破,起码证明了可控核聚变是可行的,是有希望的。有人预测,将核聚变推上社会商业化运行,至少还需要50年。

实现可控核核聚变是人类梦寐以求的新能源。这是人类从石化能源时代走向核能时代的标志,是一次文明升级。人类已经长期受到能源危机的困扰,许多人把希望寄托在可控核聚变上,这是因为石化能源储量有限,不可再生,且污染大,对环境破坏严重。而在地球上,可控核聚变的燃料储量太丰富了,且是无污染的清洁能源。

可控核聚变的主要燃料为氢的同位素氘,每升海水中含氘约30毫克,通过核聚变产生的能量相当300升汽油的能量。就那么一矿泉水瓶子海水,就相当300升汽油,可怕还是可喜?地球上海水储量达到1344120000000000000立方米,每立方米海水含有氘30克,海水中的氘总储量达到40万亿吨之多。

2019年,人类消耗的能源折合石油约100亿吨,只相当消耗氘1000吨。按照这种算法,海水中的氘可供人类使用400亿年。看起来似乎一旦核聚变实验成功,推向社会运用,人类所需能源就取之不尽用之不竭了。其实这种想法还是错误的,因为人类文明在不断提升和发展,而每提升一点点,人类的能源消耗量就要呈几何数级增长。

因此,核聚变能量并非人类文明发展的终极能量。根据卡尔达舍夫宇宙文明分级理论,是以能量消耗为标尺来衡量文明程度的,他把宇宙文明分为三个等级。根据这个理论测算,我们人类文明才达到0.73级,能量消耗才达到2x10^13瓦/秒,要达到一级文明水平,能量消耗要达到1.74x10^17瓦/秒,还需要在现在基础上增长8500倍;而要达到二级文明,能量消耗要达到3.86x10^26瓦/秒,则需要在现在能源消耗基础上增长19.3万亿倍。

从上述描述,我们可以简单计算出,到了二级文明,地球所拥有这点海水中的氘所蕴含的能量,只够人类使用0.76天,就更别说三级文明了。所以我们看问题说话必须用发展的眼光,否则就不符合科学精神。

人类进入二级文明时,巨大的能量消耗只有太阳本身才能够提供,因此部分科学家们认为,建造包裹太阳的戴森球是人类走向发展的必由之路。当然要实现二级文明,如果人类没有毁灭的话,还需要奋斗5000年的时间。

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