在我的上篇文章里说到:当前聚变的主要突破路线还是氘氚(DT)聚变。
在我们日常的生活里,我们能感受到的能量变化基本都是来源于化学反应,化学反应并不涉及到原子核的交互,仅仅只是原子的核外电子在交互。
所以化学反应不会改变元素的种类,这个初中化学和高中化学里都可以看出来。
原子核外电子的性质,通常取决于核内质子。
中子呢,它呈现电中性,手段再通天也无法影响到核外电子,所以对化学反应的影响很小。
但是,一旦涉及到了原子核的交互也就是核反应,中子就起到了很重要的作用。
这是因为中子和质子的质量相当,也就是个头差不多,在这种情况下,原子核的分分合合中。中子所承担的角色就非常重要了。
我们都知道氕氘氚都作为一种元素的同位素,他们的区别仅仅在于中子数的区别。
一种元素的原子,只要质子数相同,中子数不同的话,宏观上来看其化学性质没有什么本质上的区别。
所以理论上来说日常的水(H2O)和重水(D2O)在化学性质上区别不大。
但是也别经常喝,除了确实有一点点影响健康之外,关键这玩意,很贵。
一公斤重水市场价大约为1万元。
如果用来喝的话,确实有害于钱包。
但是1公斤的重水在理论上可以发电接近1亿度。
相对于这1亿度电带来的收益,其制备成本就不值一提了。
而且,氘呢,在地球上储量是极为丰富的,海水中差不多有40万亿吨的氘。
而作为氘氚核聚变反应的另外一种原料呢,就是氚,氚都是要靠人工制备的,通常是用中子轰击Li靶来制备的,比较贵。
锂+n(中子)→氦+氚
现阶段氚的问题也比较大,这个我会单独写一篇文章来阐述。
综上所述,总体意思就是,实现聚变,就意味着可以获得几乎取之不尽用之不竭的廉价能源。
那这不限量的廉价能源究竟意味着什么呢?
好了,我要开始异想天开了。
通过设备和能源,我们可以生产一切元素的原子,分子以及化合物。
而设备,也是通过元素加上制造设备的设备plus能源所制造出来的。
我们吃的粮食,是元素加上设备以及能源组合出来的。
战争用的武器,是元素加上设备以及能源组合出来的。
任何材料,同上。
当然这一切也是需要人力和空间作为保证的,但是,人力可以通过制造相应的设备来取代,空间,地球上不缺那么多空间。
所以综上所述,任何东西的制造,实际消耗的,只有能源。
好像发现了什么了不起的东西。
美剧《奥维尔号》里面的食物合成器,真的就是对上面想法的完美再现。
只要对着食物合成器说一下想吃啥,直接就合成了相应的美食。
甚至二副柏图斯和他老婆(也可以说是老公,因为他们星球是单一性别种族,整个星球只有雄性,通过下蛋也就是卵生培育下一代)合成了大量的香烟,天天吞云吐雾。
Ps:本文无意讨论聚变实现之后大量几乎零成本的能源会对国际形势或者伦理道德的影响。
好了,继续说。
上篇文章里也说了,要想完成一次核聚变反应,是需要满足劳逊判据的。
也就是说要满足温度,密度和约束时间。
那聚变堆装置的设计思路,一下子就出来了。
准备一大坨氘和氚的混合气体,我把他们狠狠的加热,不就行了么。
这个思路,确实就是聚变装置的设计思路。
惊不惊喜?意不意外?
那我们怎样才能把1亿度的氘氚给放在一起呢?
就像给氘和氚牵红线一样,虽然旁人都知道他俩在一起之后结果非常美好。
但是禁不住两个人脾气倔强啊。
所以有了两个思路。
1、 惯性约束
一个红娘劝不动他俩个驴脾气,我们请很多和红娘来促成这段姻缘。
请到的红娘就是——激光!
我们用很多束激光在四周沿着很多个方向朝着一个点打,在极短的时间内把原子核给压缩到一起。
我们知道,氢弹的引爆条件是极为苛刻的,通常是在氢弹的里面再安装一个小型的核弹,引爆核弹后能瞬间达到反应条件,从而引爆氢弹。
但科学家觉得这种方式太麻烦了,不够好。
所以就尝试着去研究激光聚变的方式来替代氢弹引爆的装置。
在和平利用聚变能也就是民用核能上面,激光聚变至少目前还是打酱油的。
可是逼格很高。
美国拥有这个逼格爆棚的研究中心,叫做美国国家点火装置(NIF),在13年的时候终于实现了输出能量大于输入能量。
美国国家点火装置(NIF)(即激光聚变装置),由位于美国加利福尼亚州劳伦斯·利弗莫尔国家实验室研制。该计划自1994年开工以来延期了很多次,它最终的目标是2010年实现聚变反应,并达到平衡点,即激光在聚变反应中产生的能量大于它们所消耗的能量。该计划建造和运行花费超过35亿美元,容纳NIF装置的建筑物长215米,宽120米,相当于三个足球场。
而中国呢,也相应的启动了“神光”计划,整体参数自然是比不上超级大国美国了,毕竟人家都是国家点火装置了,资金投入也是很大的。
是当前我国规模最大、国际上为数不多的高性能高功率钕玻璃激光装置。它在规模上处于世界上正在运行的同类装置的第四位,2000年运行以来性能稳定,光束质量及运行输出指标要求已与当今国际高水平的大型激光驱动器光束输出质量水平相当,具备了高水平运行的综合技术能力。该装置上进行的物理实验已取得一系列阶段性重大成果,其中惯性约束聚变直接驱动打靶,获得单发4×10^9中子,是国际同类装置获中子产额的最好水平,为我国惯性约束聚变研究做出了重大贡献。神光Ⅱ为我国惯性约束聚变、X光激光、材料在极高压状态下的参数测量等前沿领域开展科学研究提供不可替代实验手段,是该领域的重要实验平台。
但是神光计划的部分参数也是不落美国国家点火装置的。
2、 磁约束
我们前面说了,是给氘氚气体加热到极高的温度。在如此高的温度下,原子核和电子之间的联系会被打断,从而原来被原子核约束的电子脱离原子核的控制而成为自由电子。
这个过程被称为“电离过程”。
而剩下的光杆司令原子核,集合在一起,被称为“等离子体”,原本原子核带正电,电子带负电,所以整个原子呈现电中性。
现在只剩带正电的光杆司令原子核了,所以等离子体是带正电的。
那我们知道,只有带点的粒子才能够在磁场中受到约束。
所以通过磁场,可以有效的约束等离子体。
而磁约束的实现呢,有着好几条路线。
通常有托卡马克,仿星器,反场箍缩和磁镜等等。
是不是听起来都很高大上,感觉云里雾里?
没关系,在下一篇连载文章里,我将一一给大家阐述这些。
这篇文章就先到这里。
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