當人類攻克了核聚變的大關之後,世界會發生什麼變化?

你所在


儘管這很難,我們還是可以暢想一下。

如果可控核聚變實現首先就會顛覆整個世界的經濟結構,產業結構,能源結構這些事實會瞬間實現。

中東國家會一夜之間淪為赤貧,當然也包括其他那些石油販子,比如說俄羅斯。總之所有那些靠著資源出口的國家都不會好過的。因為電能的廉價地上跑的汽車和天上飛的飛機會瞬間被電動取代,甚至我們可以想象,私人的小型的家用型飛機都會瞬間普及,現在無人機不已經都出現了麼。上甚至都有可能因為電能的清潔廉價的特性,整個城市都修成各種傳送帶出行都不用開車了。當發電不用煤炭石油了,空氣汙染環境汙染都瞬間不是問題,人類甚至可以利用清潔的電能去改變大氣的結構,彼時我們有能力把我們人類過去對地球的傷害加以修正。反正到時候會因為電能的廉價以及用之不竭,會重塑整個的人類文明。


諸葛YY


核聚變是人類在不遠未來對能源利用的有效方案。

核聚變是獲得原子能的方法,通過輕核聚合引起原子核結合能變化。核聚變所需的是氫燃料,相對核裂變,更加安全和潔淨。但如何實現可控核聚變,目前還是人類需要解決頭等大問題。


核聚變的條件與技術實現。

由於核聚變的溫度高達千萬度以上,在這樣的狀態下,所有原子成為等離子態,而且核聚變條件除了高溫,還要使等離子體密度足夠大,維持時間足夠長,這樣才能發生自持的核聚變反應。這樣只有太陽這樣的恆星才具備這樣的天然條件,不斷釋放出鉅額的光和熱量。恆星依靠自身巨大的質量和引力能夠束縛等離子體,在高溫下持續的核聚變。

當前人工可控核聚變的困難

人工可控核聚變的困難在於如何實現對高溫等離子體的束縛,地球上當然無法具有恆星那樣足夠大的引力來約束高溫等離子體。目前研究可控聚變的有效途徑是磁約束和激光慣性約束等方案,國際和國內都啟動了多項可控熱核聚變實驗堆的研究,儘管對核聚變過程的研究進行了數十年,但目前對還具有很大的技術挑戰,樂觀估計,離商業應用還要幾十年的時間。

一旦突破可控核聚變,人類的發展就進入到了新紀元

一旦人類突破了可控核聚變,地球上的能源危機當然就不復存在;燃燒石油等碳基能源所造成的的溫室效應,也會得到有效的治理。目前,一些科學家們對文明的分級也是以能源的利用為標準的。所以一旦人類實現可控核聚變,就可以利用裝載核聚變發動機的飛船,實現星際旅行的目的,去尋找更多的資源和探索星空秘密,我們的征程是星辰大海。

量子實驗室,專注趣味科學,歡迎評論和關注。


量子實驗室


實現低成本的可控核聚變意味著人類獲得了幾乎取之不盡用之不竭的能源。

國際熱核聚變實驗反應堆,計劃於2025年點火,預估總造價超過150億歐元,以目前的進展來看,這個項目流產的可能性在不斷增加


現如今人類已經實現了(極短暫的)可控核聚變,但是反應堆的建造成本和使用維護成本奇高,離商用還遙不可期。

我們不妨浪漫的設想一下,如果低成本可控核聚變得以實現,地球和人類文明會發生怎樣的變化——(低成本是指成本是現有能源的1/10甚至更低)

1、飢餓將徹底消失:

即便在今天,世界上仍有高達8.21億人處於飢餓之中,而且這個數字仍在上升,然而於此同時,發達國家的消費者每年要丟棄高達40%的食物,全球範圍內有25%以上的食品損失在運輸環節。

全球糧食生產的總量是夠的,但地區間差異巨大,而遠距離運輸成本高,使得很多地方的人還吃不飽肚子,當低成本可控核聚變實現,運輸成本將大幅下降,糧食可以實現全球範圍內的分配,飢餓將徹底消失。

2、淡水危機解除

目前海水淨化的主要問題就在於成本,即便是以色列最先進的海水淡化工廠,每噸淡水的生產成本也在5塊以上,成本結構裡,能源成本(電費)佔據了絕大部分,這使得海水淡化技術難以大面積推廣應用。當低成本可控核聚變實現,海水淡化和遠距離運輸的成本將大幅下降,乾旱和淡水匱乏將成為往事。

3、環境危機,特別是全球變暖問題得以解決

當前全人類面臨的最大的問題就是全球變暖,其根源就在於人類無法擺脫對化石燃料(石油、煤炭)的依賴,產生大量的溫室氣體二氧化碳,導致全球氣候變暖。核聚變是一種清潔能源,沒有溫室氣體排放,產生的核廢料半衰期非常短(能快速轉變為無放射性物質)、即便發生核洩漏危害也較低,撤離半徑僅需要一公里,這比目前的核裂變反應堆洩露的危害要小的多得多。

人類掌握可靠的可控核聚變技術也意味著人類文明邁入了一個新的紀元,再豐富的想象力也難以預測到了那一天究竟會發生什麼,讓我們一起靜靜等待人類文明閃耀的那一刻到來吧!


和風


我在能源領域幹了二十多年,應該算比較瞭解這個問題。我就簡單分析一下吧。

先說題目的問題,核聚變人類已經能實現了,這就是“氫彈”,題主可能想問的是“可控核聚變”吧?

按照套路,我們先說說什麼叫做核聚變?

核聚變,又稱聚變反應,是將兩個較輕的原子核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核或粒子的一種核反應。在這個過程中,核聚變反應將一部分反應物的質量轉化為了能量。

太陽就是一個巨大的核聚變反應堆。氫彈就是利用核聚變釋放的巨大能量摧毀目標的。

什麼是可控核聚變?

可控核聚變就是人工控制核聚變的能量輸出過程,使能量輸出大小滿足人類對能量的動態需求。


我國的EAST超導託卡馬克實驗裝置

最容易實現的聚變反應是氫的同位素:氘與氚的聚變。氘在海水裡存儲約有40萬億噸,理想狀態下釋放出的能量足夠人類使用上百億年,聚變後產生的是沒有放射性汙染的氦。

根據愛因斯坦的質能方程:E=MC²,可以簡單的算出1千克物質完全的轉換為能量可以得到9×10∧16焦耳的能量,換算成電能約為250億千萬時。 2016年,全社會用電量59198億千瓦時。這隻需要大約340噸聚變燃料就能滿足全國的用電需求了。

可控核聚變反應堆離商業運行大約還有50年。

可控核聚變對我們世界的影響

可控核聚變實現商業運行後,人類再也不會為能源問題擔憂,它的影響是巨大的:

首先它推動人類進入了所謂的第一類文明(目前為0.7級文明),即:“行星文明”。我們所發生的歷次工業革命從本質上來說,就是對能源的利用方法和效率的變革。可控核聚變的商業運行無疑將推動另一次工業革命(估計是第五次工業革命,前四次分別是:蒸汽機革命、電氣化革命、信息革命、人工智能革命),人類社會發展又將走上一個快車道。

在政治上,全球的能源格局將全盤洗牌,中東的石油資源不能再成為一些國家的撒手鐧,實現了世界的能源均衡化。能源問題從此以後就不會成為戰爭的導火索了,世界將更加和平。

環境問題將得到解決。由於可控核聚變的產生物為氦,沒有環境汙染問題,也沒有溫室氣體排放問題,而且能源更加便宜,我們將告別霧霾……

人口增長與耕地減少的問題得到緩解。相對便宜的能源為現代農業工廠的實現提供了可行的條件。可以採用現代化的農業種植大廈來種植農作物,採用低耗能的電燈來提供光合作用。戰爭的風險進一步降低。

人類將開啟太空時代。目前人類探索太空的限制主要是缺乏充足、可靠的能源供應,有了可控核聚變後,再加上無工質引擎,我們的將征服整個太陽系,到時候移民火星將不成問題。


最新消息:美國麻省理工學院科學家表示,核聚變發電的夢想即將在15年內變成現實。

估計是取得了重大突破!要記住:核聚變是國際合作項目,誰取得了突破都是好事!


講科學堂


看了朋友們一些回答,說的都很好。攻克核聚變,應該說攻克可控核聚變,這個世界的能源領域就寬廣了很多。

就像過去人類發現發明的機器和電力,從此走出了黑暗的農耕時代,進入了高速發展的現代生活。任何科學的重大發現和發明都能夠極大的推動人類社會的進步,可控核聚變的實現,將促進人類文明進入一個新發展時代。

核聚變的理論形成已經半個多世紀了,人類早就已經實現了核裂變和核聚變的部分應用,比如原子彈、氫彈,就是典型的核裂變和核聚變的應用。但原子彈和氫彈的爆發是瞬時作用的,這種巨大的能量是不可控的爆發。

人類已經掌握了可控核裂變的技術,並且已經廣泛的運用與生產與生活,主要表現在核發電和核反應堆驅動,2006年世界核子發電在全部電力裡面就已經佔有15%的比重,這方面中國起步晚,佔比較低。

但人類對核聚變的運用還一直在研究中,進展較為艱難緩慢。

可控核聚變之所以比可控核裂變更難攻克,是因為進行核聚變的條件更為苛刻和困難。

在太陽中心,每時每刻都在進行著核聚變,每秒鐘有6億噸的氫轉變成5.96億噸氦,釋放出400萬噸氫的能量,正是這巨大的能量給太陽系所有的行星、衛星、矮行星、小行星、星際物質等提供了光和熱。激發這種能量的是太陽核心3000億個大氣壓的壓力和1500萬度的溫度。

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,這樣要求溫度達到上億度。所以如何達到這樣的溫度,用什麼樣的容器或者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。

通常用三種方法來解決可控核聚變的約束,即重力場約束、慣性約束、磁約束。

人類之所有這麼重視可控核聚變的開發,因為它具有很高的比較優勢。

相比核裂變,核聚變有如下優勢:

1、核聚變釋放的能量比核裂變更大。據測算6個氘核共放出43.24MeV能量,相當於每個核子平均放出3.6MeV。它比n+裂變反應中每個核子平均放出200/236=0.85MeV高4倍。

2、核聚變無高端核廢料,可不對環境構成大的汙染。而核裂變由於原料鈾的儲量不多,政治干涉很大,放射性與危險性大,核裂變的優勢無法完全利用。

3、核聚變燃料供應充足,地球上重氫有10萬億噸。每1升海水中含30毫克氘,而30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油。

所以,如果能夠實現可控核聚變,人類將能夠克服階段性的能源危機,真正的從“石油文明時代”走向“核文明時代”,人類文明將提升到一個新的層次。

近年來,可控核聚變的研究正在提速,在許多具體方面有所突破。

中國的核聚變“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,在這方面走到了世界前列。能不能像常常說的最終實現彎道超車,還有待後續努力。

有報道德國仿星器核聚變反應堆研究取得突破進展,而美國洛克希德馬丁公司早在2014年就宣佈,可控核聚變技術小型化取得突破,一個可安裝在卡車後端的小型反應堆有望在十年內誕生。這些都是可喜的進步。

科學界預測了,受控核聚變發電有可能在2025年實現商業運營,2050年將有可能廣泛的服務於社會。

時空通訊在過去已經多次提到過宇宙三級文明等級的劃分,這是前蘇聯科學家卡爾達舍夫在上世紀六十年代提出來的一個理論。

卡爾達舍夫認為宇宙文明的主要衡量度標是能源的控制和使用,可分為行星級一級文明,恆星級二級文明,星系級三級文明。每一級文明的提升,都伴隨著能源使用的數量級增長。他的這個理論儘管只是一種假設,但得到了科學界廣泛的認同。

科學界測算,人類文明目前還只有0.73級,要達到一級文明,我們人類所需要的能源還要在現在的基礎上增加10000倍以上,而達到二級文明則需要增加能源控制和使用能力100億倍以上。

實現了可控核聚變,解決了能源危機,使人類控制和使用能源的能力得到大大的提升,有可能使人類文明在100年內達到一級行星級文明。當然要實現二級文明人類還需要幾千年的奮鬥(這方面的介紹請查看時空通訊過去發表的相關文章)。

由於可控核聚變能料的高度濃縮化,人類有可能實現深空探索和開發。我們現在的火箭採用的是常規能源,發射到地球軌道就需要燃料成百上千噸,所以無法帶著很多燃料遠航。如果核聚變,30毫克的氘就相當於300公升汽油,三公斤氘就相當於30000噸汽油的能量,如果氚核聚變則可以實現更大能量的輸出。這樣飛向深空再也不要攜帶大量的燃料了,就有可能飛的更遠。

當然太空遠距離航行還需要伴隨著引擎和太空生存保障等諸多方面科學技術的同步提升,才有可能實現。

核聚變的能源地球上儲存量巨大,夠人類使用一陣子。

這就是時空通訊的看法和認知,歡迎點評。


時空通訊


核聚變一旦投入正式運用,最明顯的就是該國的能源問題可以說是得到了永遠解決。石油可以就退出歷史舞臺了,那群靠石油富起來的中東國家,可就哭慘了。如果中國能率先掌握,老美估計得慌的不行,民族的復興指日可待。


咳咳,不多說了,下面就來介紹一些相關知識:

核聚變

其實道理很簡單,如果你能想法設法讓兩個原子的原子核(一般是氫同位素),撞到一起,聚合為一個新的原子核。在這個過程中能釋放出巨大能量。愛因斯坦的質能方程就能派上用場了。

不過人工核聚變也是分層的。像氘氚聚變是最早的一代核聚變,比如一個氘和一個氚反應,就能釋放出17.6兆電子伏特的能量。雖然原料是海水,可以說用不完,但是也有缺點。就是要釋放出中子,這樣會導致聚變裝置壽命降低。最完美的當屬氦3反應,沒有中子,也沒有氚的放射性。

可控核聚變的難點

高溫高壓:高溫可以讓粒子運動速度加快;高壓,可以是粒子運動範圍縮小,而這兩個都能提高粒子相互撞擊的概率。

以太陽為例,我們知道太陽無時無刻不在進行這核聚變反應。為什麼它能那麼穩定持續的輸出能量呢?因為太陽發生反應的內核,溫度在一千到兩千萬度左右,並且有著強大的引力約束。所以原子核相撞的前提就有了。


但那項技術是恆星的專利,在地球模擬不了。於是我們只能提高溫度,甚至要達到上億度。但是這麼高的溫度的等離子體,增壓才能控制住,保證反應裝置不被“燙”壞?目前主流的方法都是磁約束,這些高溫等離子體,被磁場拘在一起,維持聚變的狀態,不停的旋轉運動。

所以如何做到持續的高溫的同時,還能保證裝置不被損壞。


我們離正式投入使用估計還有幾十年要走。

祝工作順利~期待您的點評!


賽先生科普


首先核聚變並不難,例如氫彈的工作原理就是核聚變,但氫彈除了作為武器之外,對人類並沒有其他的用處,所以人類真正需要的,是可控的核聚變,從某種意義上來說,太陽就是一個巨大的可控核聚變機器,這個機器可以在數百億年的時間之內,持續的產生能量。

那麼一旦人類掌握了這種技術,就意味著人類跨入了另外一個時代,例如我們都知道科學的發展,離不開對於能源的利用,而現在的主流能源,無非就是石油和煤炭,這兩種能源都是化石燃料,化石燃料最大的問題,就是開採難度大,並且還會產生汙染物。

而可控核聚變的原料,是由氫的同位素氘,而氘這種東西,地球上非常非常的多,根據一些計算來看,海洋當中儲存的氘,大概有40萬億噸以上,那麼一般來說0.03克的氘,就可以釋放出300升汽油產生的能量,所以一旦可控核聚變成真,人類就和那些化石能源說再見了。

其次可控核聚變一旦成真,人類必將大規模進入太空,現代人類在探索太空的時候,最大的問題就是能源補充,例如國際空間站每隔一段時間,就需要派人去運送物資,但每一次的發射,都需要耗費數千萬美元,所以人類對於太空的探索,會受到相當大的掣肘。

如果可控核聚變的技術能夠實現,人類就可以將成本壓低,甚至我們可以在月球或者火星,建造一個大型的可控核聚變反應堆,一旦這樣的反應堆建成,人類既可以在這個星球上立足,進而改造這個星球,所以可控核聚變的技術,非常非常的重要,只要一旦實現,人類就進入了一個新的時代。


科學薛定諤的貓


攻克核聚變大關,很多人想到的往往是實現了可控核聚變。不過,核聚變的大關不止這一個,突破可控核聚變大關後還會有新的大關。

太陽上就在不斷的進行著核聚變,將光和熱釋放到地球,供地球上的生命所需。可控核聚變之所以令人關注是因為用這種技術可以為人類提供大量的清潔能源,目前在托克馬克、仿星器內試圖完成這樣的壯舉。目前看,可控核聚變是人類正在攻克的一道大關,這一大關的突破有望在幾十年內實現。

托克馬克、仿星器等有個外號叫做“人造太陽”,雖然內部進行的也是核聚變,但是和太陽上的核聚變並不一樣。核聚變指的是將輕原子核合成為較重的原子核的過程,在這個過程中可以釋放出大量的能量。不過即使是不可控核聚變,人類目前能夠操作的也只是氘和氚這兩種氫的同位素的核聚變,還不能實現最常見的氫原子核的聚變。儘管目前看地球上的氘和氚資源足夠人類使用一段時間,但人類對能源的需求是不斷擴大的,受控核聚變的實現不會讓人類一勞永逸。

而太陽上主要進行的是質子-質子鏈反應,依靠質子(氫的原子核)就能實現輕核的聚變。太陽可以直接使用更常見的氕進行核聚變,這個過程人類還沒有掌握。質量更大的恆星還能進行更多種的聚變,一直聚變到鐵都是向外釋放能量的。這樣的過程人類更是無能為力。

人類對能源的需求不會因可控核聚變的實現而止,人類對科學的探索也是永無止境的。受控核聚變實現後,人類歡呼一下之後,又會投入到對下一個大關的攻克上。


刁博


當人類攻克了核聚變的大關之後,世界會發生什麼變化?

●不要被二次世界大戰末的美國人1945年8月6日在日本廣島長崎投擲的二顆原子彈而談“核”聚變。當地球人類在100年之內攻克了核聚變的大關後,人類會製造“核能火箭🚀,”將其應用於“獵戶座計劃”和2011年,DARPA與NASA倡導的一個“百年星艦”計劃。建造一艘真正星際飛船,而是要集合世界上頂尖科學家,為下一個世紀的星際旅行制定一個切實可行計劃。

●這個可以追溯其歷史到 20 世紀 50 年代。當時大多數人生活在核戰的恐懼之中,但少數原子科學家在尋求和平利用核能。他們考慮了種各樣的想法,比如利用核武器來開闢港口和海灣。

●由於擔心核爆炸的副作用和破壞力,這些想法大多被否決了。然而,有一個有趣的建議吸引著人們。它被稱為“獵戶座計劃”,尋求利用核彈作為星際飛船的動力來源。計劃的框架很簡單:製造迷你型原子彈,然後從飛船的尾端逐個發射。每次迷你型核彈爆炸,都會產生一股能量衝擊波,推動星際飛船前進。原則上,如果連續釋放一系列迷你型核彈,火箭可能被加速到接近宇宙中最快的光速。這個想法由核物理學家泰德·泰勒和弗里曼·戴森共同提出。泰勒因設計了多種核彈而聞名,從有史以來最大的核裂變炸彈(核爆炸威力約為投擲在廣島原子彈的 25倍)到大衛,克羅克特便攜式核導彈(其威力是廣島原子彈的千分之一)但他渴望將自己在核彈方面的廣博知識用於和平目的。於是他抓住了製造獵戶座號太空艙的機會。

●這一任務主要的挑戰是如何精準控制一系列小爆炸,使星際飛船能安全地駕馭核爆炸的衝擊波而不在這個過程中被摧毀。為了實現這一目的,一系列速度範圍的設計方案被制定出來。其中最大的模型直徑為14 英里,重達 800 萬噸,由 1080 枚炸彈推動。理論上,它可以達到光速的 10%,並在 40 年內到達半人馬座阿爾法星。儘管這艘飛船體型巨大,但計算表明它可能是可行的。

●然而,批評人土一致認為,這艘核脈衝星艦會釋放出放射性塵埃。泰勒反駁說,當塵埃和金屬炸彈外殼在爆炸後變得具有放射性時,才會產生放射性塵埃,因此,如果飛船隻在外太空啟動發動機就可以避免這種情況。但是 1963 年的《部分禁止核試驗條約》也使得對小型原子彈的實驗變得更困難。獵戶座號太空艙的最終歸宿是作為一種好奇寫入古老的科學書籍。

●核能火箭的缺點:獵戶座號太空艙項目終結的另一個原因是泰德·泰勒本人對此失

去了興趣。既然這似乎是發揮了他的天賦,為什麼不再支持這項探索。他解釋說:建造獵戶座號太空艙將會產生一種新型的核彈。儘管他一生大部分時間都在設計鈾裂變炸彈,但他意識到有一天

獵戶座號太空艙可能也會使用特別設計的強大氫彈,他停下了腳步。這些炸彈能釋放科學上已知的最大能量。它們經歷了三個發展階段。20 世紀 50 年代的第一批氫彈是體積巨大的裝置,需要大型船隻來運輸。實際上,它們在核戰爭中毫無用處。第二代核彈是小型、便攜式多彈頭分導導彈,它們是美國和俄羅斯核武器庫的主力。

●核聚變火箭在概念上是可靠的,但是核聚變能量還沒有被證明。此外,這些火箭的巨大規模和複雜性使人們對其可行性產生了懷疑,至少在 21 世紀是這樣的。儘管如此,核聚變火箭被認為是除光帆外最有希望實現的。

知足常樂於上海2019.12.13日


知足常樂0724


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。


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