如果可控核聚變研究成功了,短時間內有什麼魔改用法?

梅宜明


可控核聚變成功時,煤礦將被廢棄,所有的電器用電成本很低,就是我十多年前構思的有線混合動力車共用用電平臺亦將被無線用電接收器所替代,而許多電力線也將被高能電力射接器所替。

替代石化資源只是人類對資源獲取的一個熱身運動,從可控核聚變為奇點,步入可控生態建模才是科學“狂人”的追求。

可控生態的說法,按脈絡去歸結,他出自人類社會系統工程構建,其目的就是打破當前異型經濟結構體的市場理論,用新型的生態程序從源頭上消除人類社會問題的生成,形成一個良好型的生存體系,即共產主義社會。


張程然


恕本民科直言,哪怕再來一個50年,熱核聚變成果的機會仍然渺茫!與主流科學預料的恰恰相反,機制非常巧妙,結構極其簡單的冷聚變將在3-5年內取得飛速的突破,使得熱核聚變成為歷史,屆時,一個微波爐大小的冷聚變裝置可以提供10KW的熱能,一瓶水中蘊含的能量足夠一個家庭用一輩子,汽車可以一輩子不加油,飛機可以飛行數年不著陸,人類在數百億年內能源無憂!

當然,冷聚變同樣既是天使,也是惡魔,一旦落在壞人手中就可以毀滅人類!

除此外,冷聚變的發現者(沒錯!不是發明!)勢必成為能源巨頭的頭號公敵,遭到全球追殺,性命難保!

餘下的問題是,有誰具有戰略眼光支持冷聚變這個外星科技研究呢?


外星文明新時代


大家應該都看過漫威的電影《鋼鐵俠》,託尼·史塔克穿著戰衣上天入地,充當著世界警察的身份與邪惡勢力作鬥爭。不知道你是否曾想過這個戰衣的能量來源到底是什麼?


說到人類利用能量或者獲取能量的方式最簡單的例子就是“燒熱水”,這個效率是非常低的。目前我們的發電廠最多的還是火電、水電,而風電、核電等新型能源還是在少數,並不佔據重要地位。火電就是“燒鍋爐”,把化石能源的能量通過燒熱水的方式傳遞出去,最終水蒸氣會帶動汽輪機工作,從而同軸帶動發電機運動切割磁感應線,這個時候電流在閉合線圈中就產生了。而水電就是利用水的重力勢能,整個過程大體上跟火電也比較類似。而風電就是把風能作為能量來源。


最後主要來說一下核電,目前的核電站都是通過核裂變的方式來獲取能量,重原子核在外力作用下被轟擊分裂成多個質量較小的原子,在這個過程中會有質量損失。損失的質量都是按照愛因斯坦質能方程轉化為能量。最常見的是應用鈾裂變,當熱中子轟擊到鈾-235原子後發生核裂變,這個過程會釋放出2到4箇中子,之後這些中子再去撞擊其它鈾-235,最後就形成了核鏈式反應。

但人類想要的能量利用方式不是核裂變而是核聚變,現在人類對於核聚變的應用主要是在軍事武器上,例如氫彈的原理就是核聚變,但是這個過程並不可控。人類希望掌握可控核聚變技術,就像是太陽內核處發生的反應一樣。因此這種技術又被人稱為“人造太陽”,太陽內核處每秒鐘都有6億噸氫核發生聚變,生成5.95億噸的氦,損失的500萬噸質量就轉化為能量,以光和熱的形式向宇宙中傳播。


太陽內核處之所以一直在進行著可控核聚變,主要是因為其自身的引力塌陷作用,讓其內核處產生很大的壓力和溫度,在這兩種條件下誘發氫核聚變。那麼人類要想實現可控核聚變,也要達到這兩種條件,除去之外還需要找一個“容器”,這個容器可以用來裝這些高溫高壓告訴撞擊的粒子。但是目前人類沒有什麼物質能夠抵抗這兩種條件,也就是沒有容器啊!

目前人類為了解決這個問題,就製造了一種特殊的裝置-超導託卡馬克,這是一種利用磁約束和真空絕熱來實現可控核聚變的環形容器,在我國就被稱為人造太陽。如果有一天人類掌握了可控核聚變技術,那麼開車不用再消耗化石能源,飛機可以一直繞著地球飛行不停止,總之能量的利用效率大幅度提高。

當可控核聚變技術實現後,下一步的主要工作就是把“反應堆”縮小化,就像是文章開頭所說的,鋼鐵俠的能量來源實際上就是微型的核反應堆。人類要想飛出地球進行星際旅行,這是必須要掌握的技術。因為可控核聚變的效率非常高,即使攜帶少量的燃料就可以讓一個機器一隻運轉,人類未來飛出地球尋找新的家園。在漫長的星際旅行中,最重要的就是能量供應。如果按照目前的科技水平,只能應用常規方法,那麼會需要攜帶大量的燃料。

人類文明的發展,需要掌握這項技術。



科學黑洞


可控核聚變如果可以大規模應用。可以想象為電能無限。誇張點說,發達程度越好,電的成本越趨近於0。對我們的衣食住行都有翻天覆地的影響。

一、徹底消滅飢餓

眾所周知,糧食作物的生長是光合作用。通過可控核聚變,可以實現糧食產業的工業化。通過人工光源隨時隨地對作物進行光照,溫度任意調控。糧食作物的生產之後就會像工廠裡生產牙刷一樣簡單自動化。可以在小空間裡密集種植作物,而不用擔心光照的問題,因為空間的縮減,對氣體成分的控制的成本也會降低,從而生產效率大大提高。從而徹底消滅飢餓。

二、解決全球變暖問題

既然能源無限,必然會產生大量的熵增,大量的能量會在地球聚集,以熱量的形式存在。似乎全球變暖是一個不可避免的問題。但是我們有了無限的能源,不妨把地球想象成你的房間,如果溫度高了,可以裝個空調。給地球裝空調顯然不現實,但是我們可以通過壓縮機將熱量集中起來,發射到宇宙中,從而降低地球的溫度。雖然這個過程也會產生熱量,但是隻壓縮的能量足夠,還是可以達到降溫的目的。可以想象成,地球變成了一個不需要管道的空調房。

三、交通工具不在考慮能耗的限制

如果你的面前有兩輛車,一臺1.0t,一臺2.5t,讓你不考慮油耗你會選擇哪個?在核聚變普及過後,汽車將使用便於傳輸的電車,發動機考慮的唯一問題是怎麼樣能跑的更快,而不用擔心功耗的問題。極端一點,為了降低阻力甚至可能採用類似於小型噴氣飛機的方案。因為能源足夠便宜,可能傳統的化石燃料汽車會變成極客的專屬,在閒暇時體驗駕駛樂趣的玩具。但是玩具和交通工具的速度還是沒法相提並論的。

四、生活質量的提升

如果你的房間的電費是免費的,你會購買什麼家電?起碼南方的朋友再也不用擔心供暖問題,你的家電可以二十四小時開機,而且不用擔心道德譴責。因為能量足夠用,就跟人呼吸一樣,不用承受道德的壓力。

五、鍊金術的實現

我們經常討論中國的稀土問題,因為元素的不同,導致很多的材料變得很稀缺。其實我們已經可以通過核反應制作相當規模的元素了,但是這樣生產的元素價格太過高昂,這都是受制於成本的問題。如果能源無限,我們可以用水合成黃金,用黃金合成烏金,用烏金變成氦氣,用氦氣合成鐵。只要能量足夠,工藝純熟,這些都不是幻想。

六、持久的和平

無限的能量可以生產出更加誇張的戰略武器,甚至小型的戰術武器的威力也會變得巨大無比。核潛艇可以無人化,長達幾十年的潛伏在海底,帶著威力巨大的聚變彈。任何國家想動手都要考慮一下世界毀滅的後果。雖然可能不能制止小規模的戰爭。但是大規模的戰爭應該可以通過威懾來避免。而那些小型的國家,不缺糧食,不缺水,不缺能源,又為什麼要戰爭呢。


君子之誨


如果可控核聚變研究成功了,短時間內有什麼魔改用法?

核聚變的成功和石油耗盡一樣,永遠都有五十年,從上世紀五十年代核聚變的鼻祖託卡馬克裝置開始到現在為止,已經過去了將近七十年,但聚集了全世界頂尖科學家的ITER仍然還未能商業化運行,似乎還需要有下一個五十年出現!

為什麼核聚變那麼難實現?

其實核聚變實現並不難,很多朋友肯定就會說太陽不就是核聚變麼,當然,您的科學課滿分了!但即使不在太陽上,核聚變實現依然不難!因為用的是氚氘,而不是太陽的氕氕聚變!

根據元素的結合能,氚氘是氫元素同位素中聚變最容易的哦,而氕氕聚變則最難,因為一個質子會先洗手能量轉換為中子,然後變成氘再和原先的氕結合形成氦三,太陽上正在發生的就是這個過程!那為什麼太陽不燒最簡單的氚氘呢?其實太陽在13個木星質量大小時已經將氘氚耗盡了,所以現在它只能燒比較難燒的氕氕,將氕氕轉換成氘再繼續燃燒!

太陽核心的質子鏈反應

但ITER核聚變項目肯定不會去選那麼困難的氕氕,而是比較容易的氘氚,不過即使如此,氘氚聚變對於人類來說仍然非常困難!因為要實現氘氚聚變並不難,但實現自持持續運行非常困難!原因聚變中的高溫等離子體非常難控制,為此在託卡馬克這個大變壓器中通過的電流極高,等離子體電流高達千萬安培,扭曲模、磁島以及磁面撕裂等問題非常嚴重!

託卡馬克大變壓器示意圖

另一個則是第一壁消耗問題,因為氘氚聚變會產生多餘的中子,儘管可以轟擊鋰6生產氚,但仍然有大量的中子會被內壁吸收,造成材料嬗變,所以用不了多久昂貴的第一壁就得更換。

慣性約束核聚變則存在點火與持續燃燒問題,因為燃料球的初始內爆對稱性需要的精度極高,所以無論哪個方案總是有跨不過去的坎,而且未來解決的成本極高!

假如核聚變實現了,你能想到那些用途?/

當然以下屬於假設,我們不管核聚變有多難,道路有多坎坷,終於實現了核聚變,但各位不要高興的太早,因為你設想中的核聚變後用電免費這種事情不存在的!納尼?不是每升海水中的聚變燃料都相當於300升汽油麼?居然還有人想收朕的錢?

  • 聚變的電成本真的很低嗎?

其實這很容易理解,因為氘氚聚變需要兩種氣體,一種是氫同位素氘,另一種則是氚,前者在自然界中的含量大約為0.02%,儘管含量很少,但對於氚來說氘幾乎就是白菜了,某寶的價格是25毫升/145元,一千克/5800元,目測量大是可以優惠的!但氚的售價可高了,一千克大約三千萬美元,我們來計算下,氚氘混合一千克大約能產生多少能量,這些能量轉換出電能又價值幾何!

氚氘聚變示意圖

氘氚聚變的質量比是2:3,一千克中大約氚氘混合物價值大約是1800萬美元,其實就是氚的成本啦,氘的成本在氚面前差不多就忽略了!那麼能產生多大的能量呢?

質子質量是938MeV/c²

氚氘聚變反應方程式為:3H+2H=4He+n反應放能17.59MeV

也就是質量虧損了17.59MeV

那麼質量虧損的比例大概是:0.375%

那麼一千克氚氘混合物完全核聚變後的能量為:337081100084874675.6J的能量

按一度電為:3600000J計算

那麼100%轉換出來的電能大約為:93633638912.465度

事實上聯合循環的的蒸汽輪機熱效率最高也就47%,因此這些電能大約只有44007810288.86度。

按當前2019年廣西二級水電站上網價0.32元計算,價值:14082499292.43元。

約合:2040646180.6美元

大約是:20億美元

果然不少,當然這實在有些理想化,反應100%發生,但事實能達到上1-5%就謝天謝地了,還要維持自身消耗的大量電能,還需要均攤建設費用,還有設備折舊費,還有人工費用,一塌刮子算起來,略有盈餘就已經是最偉大的勝利了!

所以我們實現了聚變還不夠,還需要低成本實現聚變才可以!

因此在聚變電能仍然高昂的條件之下,各位還想怎麼用核聚變的電能?估計就是家裡冬天的電熱取暖器和夏天的冷空調還是得省著用吧!不過如果是慣性核聚變搞定的話,未來的星際航行可就省事多了,如果各位不太理解的話,就是科幻小說《三體》中的無工質核聚變發動機(其實是有工質的,只是不用帶額外的工質而已),直接用聚變產生的高能高速粒子推進飛行器!

希望還是有的,至少未來的恆星際間飛行將成為可能!


星辰大海路上的種花家


早在1985年,國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)就把可控核聚變作為其重點研究內容,也就是後來人們常說的“人造太陽”計劃。可控核聚變的原理,就是充分模擬太陽“工作”原理,利用特殊的裝置,通過強大的磁場,把溫度高達上億度的超高溫等離子體約束起來,推動它進行核聚變反應,同時釋放巨量的能量。我國的可控核聚變研究目前已經處於世界領先水平,可以實現電子溫度1億度的等離子體運行。



理論上在壓強2000億個大氣壓、1500萬度下就可以實現可控的核聚變,雖然以現在的技術1500萬度完全不是問題,但遠遠沒有達到可以支撐2000億大氣壓的容器,所以必須要儘可能提高容器內部的溫度,沒有幾億度是不可能實現可控目標的。


核聚變所需要的最基礎的材料是氘和氚,而地球海洋中就含有幾乎取之不盡的氘和氚,如果可控核聚變實現的話,我想可能會出現以下幾個方面的變革。

首先地球能源問題就不會出現危機,像現在的化石能源、風能、太陽能、水能等發電方式都會退出歷史舞臺,取而代之的是幾乎零成本的海水,由其為主要原料進行核聚變反應,釋放巨量的能量,環境汙染問題特別是大氣汙染也將不再出現。

其次,人類探索宇宙航天器的推進模式也將發生歷史性變革,星際旅行速度在現有基礎上將會提升好幾個數量級,我們對宇宙探索的深度和探索質量也將有跨越式的提升。

第三,人類生存空間和生存效率將會大幅改善。由於能源利用方式的變革,全球變暖趨勢得到有效遏制,人類治理沙漠、治理退化的草原溼地等的能力會大幅度攀升,生產生活、衣食住行所耗費的資源成本和時間成本大幅下降,從而延長了人類的實際壽命。

四是全球差異化逐漸消失,貧富差距越來越小,人類會為更高的科學技術發展,以及自我價值實現投入更多的時間和精力,人類文明勢必邁入新的階段。


優美生態環境保衛者


看了評論區,民科太多[捂臉]。一、可控核聚變是人類文明的唯一希望,不突破,人類文明就到頂了。二、實現了,也就是電力便宜了,離小型化還有十萬八千里,能不能成還難說。三、可控核聚變成功了,也不代表人類能征服宇宙,頂多在太陽系混一下。除非真能曲率航行,或者世代拼死逃亡,否則人類很難到達別的星系。


阿白菜001


第一次工業革命後,人類世界依靠蒸汽的力量建造了火車和火輪船,以及蒸汽驅動的一系列大工廠


因為蒸汽機並不能小型化,所以蒸汽時代的特點就是“傻大黑粗”,幾十年後法拉第的電動機讓人類看到了一種足夠小巧的能量發生裝置,於是乎電動機和發電機就成了第二次工業革命的代表,從那以後之後直到今天,人類世界的用電量依舊在節節攀升。

用電量的背後是火電廠,水電廠,核電廠,風電廠


但這些形形色色的發電廠本質上沒有什麼不同,都是“燒開水”而已,再說得明確一點就是把水燒開,用高壓蒸汽去推動發電機轉子轉動,切割磁感線生電。

火電廠用煤燒水,水電廠用水流的的力量帶動發電機運轉,風電廠用風的力量,核電廠用原子核裂變的能量來燒水。


目前人類世界尚在研究過程的可控核聚變技術,一旦成功將成為最好的燒開水“熱源”,因為核聚變反應的質能轉化率達到了4%,而核裂變只有0.135%,所以可控核聚變技術成功後,首要工作就是代替可控核裂變裝置。

與提純難度高,且需要的鈾和鈈等強放射性材料的核裂變不同,核聚變需要的氕氘氚在海水中就能提取,且幾乎不含放射性,因此可控核聚變就是最理想的清潔能源,科學家初步估計地球海洋中的核聚變元素,足夠人類“揮霍”數百萬年。



解決了能源問題的可控核聚變技術,順帶也會解決汙染問題,屆時近乎無限的電能將讓人類社會徹底變成電力社會,石油的地位會一落千丈。

再進一步,可控核聚變反應堆小型化後還會被安裝到宇宙飛船上


宇宙觀察記錄


可控核聚變需要用磁環等方式將反應侷限在一定範圍內,是所以體積大移動性很差,短時間內無法將設備小型化或者魔改,主要用途就只是“燒開水”,僅此而已。



有人認為可控核聚變實現了人類就有無限能源了劉無敵了,但其實可控核聚變只是實現了萬里長征的第一步。目前的可控核聚變設備是持續試驗以驗證設備的可行性,結果可喜可賀,日本德國試驗了Q值大於1,這是很關鍵一個東西,是輸出與輸入能源的比,只有>1,才能真的被用作產能設備,要不然就是貔貅,只吃不拉。

我國實現了持續100多秒5000萬以上攝氏度的運行,這種設備未來是要被用來供能的,不能長時間持續運行沒什麼意義。但是在那麼高的溫度下對設備材料的要求就很高,所以目前主要有兩種方式,一種是用超導托克馬克磁環將帶電等離子體的反應侷限起來,這一種對輸入能源的要求高,另一種是慣性約束,用激光等產生高溫高壓,使靶丸中的聚變原材料反應,由於靶丸很小,反應我侷限在一定範圍內。

但是目前來看,這兩種設備的體積都比較大,我國的人造太陽體積好幾間屋子大小,美國等國家的慣性約束聚變設施體型也很大,而且還不夠大,國外在建設更大的托克馬克可控核聚變設施,國際合作項目中的設備體積也相當大,這麼大的東西即便實現了核聚變長時間穩定可控,短時間內這樣的設備也是無法魔改的,無法縮小就不會出現鋼鐵俠那樣的bug,它的作用就只能是設計的初衷——產能。


就產能來說,最方便人類使用的能源形式是電能,可控核聚變實現後會是配套工程的建設,將聚變產能導出,用來燒開水,然後就和現在的核電站或者火電站一樣了,推動汽輪機發電機發電。而且剛成功第一眼做的不是立即配套工程,而是先在一個較為偏僻的地方或者隱蔽的地方建造一個試驗著長時間運轉,看到底能不能安全穩定高效地運行。這個東西不像核彈的小型化,那些東西扔出去就不用管了。
類似於裂變核能,現在已經發展到第四代了,仍沒有完全解決安全性的問題,這是大幾十年的成果了,可控核聚變實現之後要有的路不會比這個短多少,儘管那時候的技術一定比現在更發達,但恐怕自然逃不脫技術的轉化規律,那就是不可能立即就能用能隨便改著用可。


來看世界呀


兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核,然後釋放出能量的過程就是核聚變,而可控核聚變也有著“人造太陽”的趣稱,之所以它有這樣的稱號是因為太陽的原理就是核聚變。

在我們大自然中最容易實現並且發生的聚變反應就是氘與氚的聚變,核聚變基本上是不會產生核輻射,也不會汙染環境,更不會對我們人體產生影響,所以目前可控核聚變是人類能源的下一階段構想。

各國科學家都渴望創造出完美的清潔能源,核聚變是最佳的選擇,而可控核聚變可以幫助人們控制核聚變的開啟和停止,以及隨時可以對核聚變的反應速度進行控制,這樣可以更好的控制核能,於是可控核聚變成為各國最好的選擇。

可控核聚變通俗的來說就是同樣都是可燃物質,火藥可以利用其自身能量的瞬間爆發性製成威力強大的炸藥、炸彈,也可以在火藥裡面摻些雜質,做成蜂窩煤,把它放在煤爐裡面燃燒取暖,想讓它燃燒就讓它燃燒,想讓它滅就滅。

我們都知道核聚變的原料可以從海水中直接提煉出來,而且在我們地球中儲備量也是極大的,最重要的就是核聚變過程及其它所發生的產物都不會對環境造成汙染,更加不會出現核洩漏的情況。

按理來說,可控核聚應該是比較容易就可以發生反應的。雖然我們總是提到可控核聚變,但是可控核聚變的問世還需要時間,以現在來看,恐怕還得三十年,甚至更久。

為什麼現代科學家發展可控核聚變就這麼困難呢?

核聚變最麻煩就是反應條件,它需要瞬間上億度的高溫才能發生反應,而如此高的溫度用傳統人工方法是很難有辦法做到的,那麼研究可控核聚變最關鍵的問題就是怎麼才能將原料加熱到上億度的高溫,而且加熱到這麼高的溫度,拿什麼材料才能承受住它的高溫?

據測算,地球上僅在海水中就有45萬億噸氘,而1升海水中所含的氘,經過核聚變可提供相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。試想一下如果地球上蘊藏的核聚變能力變成了我們人類將來取之不竭的能源,最重要的是核聚變不會產生輻射,對人體不會有不適的影響,而且也不會汙染環境。

同時可控核聚變的反應在稀薄中空氣中也能持續的進行,所以是安全的,正是因為這些有點,科學家們才想能夠進行可控核聚變反應為我們人類謀取福利,讓我們的能源用之不盡……


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