人類什麼時候才能攻克核聚變技術?如果攻克,對世界會有什麼影響?

0流氓甲0


我來蹭一波熱度。相信大家最近都被中國人造太陽等離子體中心溫度達到1億攝氏度而領先全球的消息刷屏了吧。


題目中所說的應該指的就是可控核聚變技術,核聚變是什麼呢?看看天上的太陽,它為什麼可以一直髮光發熱,它燒的是什麼,為什麼可以燒這麼久呢?

太陽之所以發光發熱那是因為在太陽的核心,高溫高壓的狀態下,氫原子之間發生核聚變反應而釋放出大量的能量,然後源源不斷地輸送到太陽的表面並輻射到整個太陽系。原子核裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量,原子彈利用的是核裂變,氫彈則利用的是核聚變,核聚變相比於核裂變更難以進行,釋放的能量也更加可怕,在太陽的核心處,溫度高達1500萬攝氏度,壓強也是大得可怕。


核能是清潔能源,長期以來人們利用的都是核裂變產能,但是對於核聚變,人類目前還只能掌握氫彈這一種不可控制的核聚變形式。與傳統的發電方式相比,用核燃料效率高得多,比如產生100萬千瓦的電能,需要消耗50萬噸煤,但是卻只需要30噸核燃料。廣義上來講,核燃料是取之不盡用之不竭的,核裂變產生的能量都這麼大,核聚變就更不用說了,如果人類有一天可以掌控可控核裂變,那麼可以毫不誇張地說,人類講不會再有能源危機。

但是將這一過程可控化卻是很難的,首先需要滿足的就是高溫,高溫是等離子體生成的先決條件,等離子體指的是電子中子脫離原子核之後和原子核形成的一種離散的狀態。但是光有溫度還是不夠的,還需要高壓,但是這一點就更難以辦得到了,因為地球上沒有一個容器能夠承受核聚變所需要的高壓條件。所以呢,高溫就成了唯一的發展方向,並且這個溫度一般都在一億度以上。


雖然我國在了可控核聚變技術上的研究已經步入了世界前列,但是距完全掌控核聚變技術還有很長的路要走。如果有一天人類真的攻克了可控核聚變技術,那麼正如我上面所說的,人類將不會再有能源危機,與此同時,當今世界因為能源爭奪而帶來的戰爭到時候應該也沒理由存在了。


鏡像宇宙


什麼時候攻克核聚變反應堆技術?一直沿著託卡馬克路線,很難攻克!這條路線搞了六十多年現在還在“龜速”前行。

主要就是入不敷出和安全性。為了把高溫等離子體磁約束在空間,必須輸入很大的電能,製造出非常高的磁場。這樣既使核聚變反應了,但產能與花費在磁約束上的電能,差不太多,這樣就成了“母豬抬花轎,出力不討好”。現在是這個磁約束能量一點都不能低,而且,就算再高都有量子隧穿幾率存在,等離子體像日餌一樣,衝出一股都有幾率存在,只能讓這個幾率儘量小,比如萬分之一,十萬分之一。

總之,在這條路線上進行核聚變堆技術開發,就是天上飄下五個字“怎麼都是事”呀!現在人們也在進行核聚變慣性約束技術的開發,這個方向及思路可能大有前途。核聚變堆實現,我認為至少還要三十年左右。

即使核聚變堆實現了,對人類文明的推進也沒多大。因為,能迅速推進人類文明的技術不是能源技術,而是宇宙動力技術和生物工程技術。這兩個方面如果沒什麼突破,人類沒法走向宇宙深處。你人類製造再多的能源,沒地方用,只能在地球上開個飛機、汽車、高鐵,地球都飛不出去,多出的能源只能供有錢人揮霍,惡化地球環境。


譚宏21


題主問的應該是攻克“可控核聚變”技術,這問題實際上是未知的。但我們是很需要這樣的技術,日益枯竭的自然資源催生著我們一直在努力。

科學家的期望是本世紀內儘可能實現,但面對一系列關鍵技術的突破,又談何容易呢?

下面我們來談談,可控核聚變的困難在哪?

聚變反應的外在條件為高溫

氫彈作為比原子彈威力更大的核武,依靠聚變釋放的能量是原子彈裂變釋放的能量沒法比的。

有趣的是,因為核聚變高溫的條件,使得氫彈的爆炸並不像原子彈那樣,能依靠突破臨界質量進行爆炸。

所以,實際中的氫彈,在其核心有一個小型原子彈,以它釋放的能量來製造高溫環境,進行氫聚變。

上圖中的三種氫彈結構,中心都有鈈,鈾這樣的裂變重子物質。

同樣的,可控核聚變也需要這樣的高溫環境,但我們是不可能通過像氫彈那樣,通過裂變釋放能量來製造。

這樣的問題直到激光器的問世才有了被解決的可能——激光可以加熱等離子體到一個極高的溫度。

但如何用?即便是發展了數十年的激光實現聚變,仍有很多問題亟待解決。

其中最主要的問題就是,怎樣把需要聚變的等離子體通過激光擠壓在一個很小的空間進行加熱?

科學家解決的辦法就是通過控制激光,使其四面八方地,以同等能量射向等離子體。

這樣的描述看似簡單,實際過程中卻有很多困難。擠壓就有膨脹,我們聚變的等離子體並不像太陽那樣可以依靠外層物質的重力,使中心的等離子體不易四處逃逸。

我們需要極高精度地讓聚變的等離子體儘量受力均勻,這要求激光器的能量,方向等等都需要精確控制。

激光器越多,難度越大,但不多,你又無法實現加熱。

該領域的研究,美國進展是最快的。目前的美國已經實現192個激光器聚集同一點了,而中國的[神光三號]還在實驗32個激光器聚焦。

上圖是我國研發的神光3號慣性約束核聚變激光驅動裝置。

所以說,加熱就是實現可控核聚變的一個很高的門檻。

產生的高溫等離子體如何存放?

即便我們攻克了加熱問題,存放它們又是一個世紀難題。

高達幾千萬攝氏度的,對於地球上任何實物,它都可以熔化,這如何盛放呢?或者如何讓等離子體和聚變裝置不接觸?

很多人可能都聽過託卡馬克裝置,這是一個磁約束裝置,這個裝置就是人類目前認為的可以用來“存放”加熱的等離子體。

但我們都知道,粒子能被磁力線約束,無非就是它帶電荷,能受到洛倫茲力,有力就要運動。

但上面我們提到的激光定點加熱,卻又要求聚變的的等離子體幾乎靜止,否則難度更大。

這樣的矛盾,我們只能選擇其中主要的來解決。

聚變的原料絕非水中一撈一大把

我們都知道實現聚變的原料是氫元素,但氫元素實際上是有三種,即氕氘氚。

有趣的是,最容易進行核聚變的氘氚,在自然界中幾乎不存在,只佔到氫元素的0.015%,我們地球上的海洋也同樣如此。

好在實際上,氘氚元素,我們是可以人工製造,這就是使用中子轟擊鋰原子來得到,這可以用核裂變反應產生的中子實現。

但技術的不成熟,使得這樣的成本阻止了大規模的生產。

結語

總之,可控核聚變的實現,是人類擺脫能源危機最有效的途徑之一,它對於我們開闢星際航行的時代或許有著舉足輕重的作用。

未來的能源用量會比現在多得多,除非我們能找到其他有效的能源來代替,否則可控核聚變技術,在未來的國際競爭中,作用會越來越突出。


擋不住的熵增


核聚變與可控核聚變

核聚變是通過輕核聚合釋放原子核結合能變的過程。目前使用的核聚變釋放的還是“氫”的同位素“”(dao)和“

”(chuan)的結合能變,隨著技術的發展,未來可以使用氦-3的結合能變釋放的能量。

核聚變技術在第一顆氫彈爆炸的時候就被人類掌握了,但那是不可控的。可控核聚變技術目前來看還遙遙無期,樂觀估計30年有可能獲得突破。

可控核聚變技術是人類進化的新火種!

自從人類掌握了

之後,就逐步走上了成為萬物之靈的道理。而可控核聚變技術的掌握等同於學會了鑽木取火

人類的進步實際上是人類對能量掌控程度的進步。遠古時期人類生產生活依靠的是自身的天賦,即生物能量;掌握了火焰之後就開始涉足化學能量;馴化了動物之後,將生物能量的來源擴大了;後來的工業革命,將化學能量的來源擴大;之後發現並應用了原子能,初步涉及了原子能量。而可控核聚變的實現將標誌著原子能量應用進入成熟期。

通過對比生物能-化學能-原子能這樣的進化階梯,我們可以清晰的瞭解到可控核聚變技術將是人類進一步進化的原動力

可控核聚變技術是人造太陽!

太陽是個天然的核聚變場所,每秒鐘釋放出400萬噸物質的能量,激發這種質能轉換的條件是3000億個大氣壓和1500萬攝氏度。地球上無法提供這麼高的壓力,只有靠提高溫度來實現核聚變,如此溫度要達到上億度才行。因此,如何達到這樣的溫度,用什麼樣的方式來約束這種溫度,是目前科學界需要重點解決的關鍵難題。

目前,解決可控核聚變的約束有兩種方案:激光慣性約束環形磁約束。國內外啟動了多項可控熱核聚變實驗堆的研究,我國的核聚變“人造太陽”實驗裝置EAST(先進超導託卡馬克實驗裝置)已經獲得超過101.2秒的穩態長脈衝高約束等離子體運行,處於世界領先水平。有報道稱,德國仿星器核聚變反應堆研究取得突破進展,美國洛克希德馬丁公司宣佈可控核聚變技術小型化取得突破。期待可控核聚變技術有更大的進步。

實現可控核聚變之後,人類將正式成為太空物種!

“地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃裡。”許多科學先驅們抱著這種理念開始了太空技術的探索,但由於能量應用的限制,只實現了載人登月,最遠的活動範圍不會超過火星。地球始終是有承載上限的,而外太空卻擁有無窮無盡的資源和能量,太空殖民是人類未來發展的必然方向。

一旦有了星際航行的能源基礎,其他的各項配套必然會隨之跟進。包括電子通信、生物生態、天體地理、深空探測、太空建造……每一項技術突破都會深刻的促進人類文明進程,改變人類社會結構。而這一切都是建立在可控核聚變技術之上,就如同人類學會了火的使用,徹底告別矇昧,迎接新生。


歸去來兮Roc


人類什麼時候掌握核聚變進而發展可控核聚變。首先人類可以從太陽或者人工太陽核聚變中提取氦一3,或者月亮上氦一3核燃料,再從大海中提取氕和氚三種核燃料進行核聚變反應產生穩定能量而發展到可控核聚變。可控核聚變技術等級分類:初級,中級,高級,頂級階段進而發展到宇宙飛船動力系統離子加速器分類:大型,中型,小型;發展到高級宇宙飛船動力系統:量子廢墟。人類首先解決選用核聚變和可控核聚變合成核燃料的問題,例如氦一3核燃枓,以及各種合成材料製造核反應堆以及特殊防輻射材質,高效冷卻劑等基礎物質科學研究經過若干年準備工作完善……。人類只有掌握可控核聚變動力系統,徹底解決地球能源危機,解決地球人類航天器才具備突破太陽系飛向宇宙深空探索的夢想,根據高度文明智慧人類~外星人統計太陽系範圍比現在人類估算太陽系範圍整整大一倍。


擦肩而過的世界


如果能夠實現,

1.人類幾乎有用不完的能源。居民電費白菜價。

2.人類可以真正飛出母星,實現系內殖民。

3.製造業發展迅速,生產力大大提高,國民進入高福利社會階段。

4.軍事科技方面往能量武器發展

5.軍事戰略方面各國開始爭搶系內各行星的土地,或引發不少衝突。

6.政治方面,地球面對地外獨立派系的威脅,或聯合起來,或致使聯合國掌握越來越多的實權。

7.編不下去了。


不死老鳥156


題主想問的肯定是可控核聚變技術何時能突破,對人類會有多大影響。

人類文明能夠利用整個地球上的能源才算是I型文明。那是什麼概念?要知道光是一場颱風的能量就相當於幾萬顆廣島原子彈,而太平洋上每年都會有不計其數的颱風形成。人類如果只依靠對傳統能源的利用是無法達到I型文明的標準的,依靠核裂變獲取能源由於種種原因也是不夠的。唯一的希望就是可控核聚變了,這是恆星才有的力量,擁有了這項技術才算是初步擺脫了能源對文明發展的掣肘。

按照科學家的預計,人類文明大概還要發展兩百年左右才能踏入I型文明的門檻,可控核聚變應該在兩百年內完全掌握。或者說,可控核聚變技術必須在此之前掌握,否則,時間拖得越久,隨著傳統能源的枯竭,恐怕文明會產生倒退,那更不可能產生突破了。也就是說,可控核聚變要麼最遲在下個世紀末掌握,要麼就沒有機會沒有時間研究成功。樂觀一點估計,本世紀就能研製出可控核聚變民用反應堆,希望還是很大的。

而一旦擁有了人造太陽的技術,對人類文明的影響遠勝於第一次工業革命。現如今,科技的發展受困於基礎物理許久沒有突破性進展,許多行業技術面臨停滯不前。其實最大的問題還是在於巧婦難為無米之炊,如果大型強子對撞機就像工業革命時代科學家實驗室裡的儀器一樣人手一臺,然後可以不受限制有充足的電源供應,何愁基礎物理不能突破。但很可悲,即使對撞機跟智能手機一樣爛大街了,人類也根本沒有足夠的電能養活如此海量的對撞機。別說這些吞電巨獸,就連夏天家家戶戶開個空調都會造成電網超負荷運轉。可以說在能源的利用上,人類現在還是跟叫花子一樣,不掌握可控核聚變技術,到了存糧吃光以後分分鐘揭不開鍋。

這就構成了一個矛盾的圓環。想要擁有無限的能源就得在技術上產生突破,可是技術上的突破又特別依賴無限的能源。我們不止是要竭盡全力打破這個圓環,還要和時間賽跑,趕在地球上的資源枯竭之前完成。如若不然,可能人類文明就會淒涼的困死在地球上,退化成靠天吃飯的農耕文明,沒有未來可言。


不會游泳的魚2014520


千萬不要抱幻想,任何技術都是雙刃劍。利與弊肯定是一起來的。又清潔環保又取之不盡用之不竭,這麼大好處,會帶來多大的害處。可想而知。科學發明以來,就一直在危害人類。帶來的福利都被害處對沖沒了。農藥化肥給糧食增長提供了保證,但是汙染環境的代價是明顯的。塑料給人類帶來方便,現在塑料成了人類公敵。煤碳石油給人類提供動力,汙染環境,資源短缺成了問題。用核電吧 ,要發生核事故。疫苗技術帶來自閉症。沒有哪個技術是無害的。這是哲學告訴人類的結果。不可能錯。所以,可控核聚變,要麼危害極大,要麼就是不可能。


眾妙之門


核聚變要成為成熟的動力應用我認為至少需要一百年,這是樂觀的估計,這玩意的門檻不是一般的高,但這玩意也不是一般的重要,它是目前人類所認知最高最強大的動力之源,它有可能帶領人類飛離地球奔向茫茫宇宙,保存人類的火種,即使地球遭受滅頂之災。小小的地球再宇宙之中太渺小了也非常脆弱極易被毀滅……要想生存下去,人類必須擁有強大的能源動力.......所以對這玩意無論怎樣投入多大代價對全人類而言不分種族都是值得的.......明白了嗎?


Killllppper


暫時沒這水平,核聚變已經掌握了,但是對核聚變的控制還沒能掌握,一旦掌握了這種技術,第一個受害的就是那些中東靠石油致富的土豪們,因為石油最主要的用途就是作為能源使用,而核聚變只需要水就夠了,這東西比陸地還多,很多戰爭都會消失,因為能源已經不再是爭奪的重點,汙染也會減少很多,以後就是電力設施的天下了,世界會因此發生翻天覆地的變化,現在世界各國都在全力對此進行研究,誰率先掌握了這種技術誰就掌握了未來的主動權,但這技術遲早是要公開共享的,畢竟匹夫無罪,懷璧其罪,總不能和世界為敵吧。


分享到:


相關文章: