人造小太陽是個啥,現在到底造出來了嗎,發展前景如何?

有人看到媒體網絡上老說科學家造出了人造太陽,很是擔心會不會對人類有害,理由是太陽發熱會加速低溫,很擔心把地球烤焦了烤糊了,人類就沒辦法活命了。而且還把這種可能當做“科學也是雙刃劍,造福人類的同時也可能摧毀人類”的證據來提出。

其實有這種認識的人完全沒弄清楚人造太陽是個啥玩意,只是憑著生活常識中天上有個太陽,就認為人造太陽是在地上或不遠的空中再造一個太陽。這樣,就形成天上有個太陽,地上也有個太陽,古代的九個太陽被后羿射掉了,現在又來造一個太陽,這不是人類作死嗎?


人造小太陽是個啥,現在到底造出來了嗎,發展前景如何?


  • 這是民科思維,按生活常識來理解科學只會鑽入死衚衕。

我們要了解科學事物,尤其是一些比較前沿高深的科學事物,一定要學習,通過虛心學習才能夠漸漸瞭解了。千萬不要以為“窺一斑而見全豹”,把生活中一些日常生活邏輯隨意亂套,否則就會陷入胡思怪想之中。

人造太陽是過分誇張了,不可能做出來的,因為太陽太大了,大得讓一些缺乏科學素養的人無法想象。我們地球只有太陽質量的0.0003%,人類連月球都造不出,怎麼能造出太陽呢?所謂人造太陽,準確稱謂是“人造小太陽”,這種人造小太陽只是有點太陽性質,完全無太陽之實。

說穿了,就是在一個密封容器裡,創造出氫核聚變的條件,模仿太陽內部核聚變的情況,並且讓核聚變能量可控的緩慢釋放,利用這種巨大能量解決困擾人類多年的能源危機,發展人類文明。

因此這個所謂人造小太陽,只是在容器內部發生著超高溫的等離子火球持續燃燒,在設備外面一點也看不出有任何太陽的樣子。


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  • 太陽核聚變與人類可控核聚變有很大區別。

太陽像所有恆星一樣,核心每時每刻都在進行中核聚變,正是核聚變所激發出來的巨大能量,支撐恆星保持著穩定的主序星狀態(上圖)。太陽中心壓力達到了地球海平面的3000億倍,溫度達到1500萬K,在這樣環境下,氫原子電子被剝離,露出了光禿禿的原子核,核子們被擠壓在一起,發生融合,同時釋放出巨大能量,這就是氫核聚變。

在地球上,無法形成3000億個大氣壓,因此要實現持續的氫核聚變就需要更高的溫度,這個溫度要達到1億K。也就是說,人類弄的可控核聚變溫度比太陽核心溫度還要高出近6倍。

但人類可控核聚變也是氫核聚變,形成超高溫的等離子態,有點像太陽內部的核聚變,因此人們就它稱為“人造小太陽”。


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  • 核聚變是比核裂變效率高5倍多的能源。

原子彈採用的是核裂變技術,人類自從研製成功原子彈以後,很快就把可控核裂變推上了社會引用,核發電就是個典型例子。但可控核聚變的研究卻難多了,進展也很緩慢。

核裂變質能轉化率只有0.13%,而核聚變質能轉化率達到0.7%,比核裂變要高出5倍多,而且核聚變的原材料容易得到,儲量豐富,且核聚變不會產生汙染,是最清潔的能源,因此人類朝思夢想著儘快掌握可控核聚變技術。

我們知道,不可控氫核聚變人類早就掌握了,就是氫彈爆炸,這種爆炸驚天動地,雖然也是核聚變巨大能量的釋放,但“轟”的一下就炸完了,除了威懾和殺人,幾乎沒有其他用處。要想造福人類,解決人類能源危機,就要讓核聚變的巨大能量慢慢釋放,通過發電等做功方式服務社會。為此,科學家們窮盡所能研究了幾十年,還沒有成功。


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  • 可控核聚變實現起來很困難。

要知道,我們迄今發現的任何元素都無法經受住太陽表面6000K的高溫,也就是說已知地球上的任何物質,在這種高溫下都會被迅速溶解氣化。而我們地球上在無法獲得幾千億大氣壓的超高壓情況下,要實現連續可控核聚變需要達到億度高溫,這個溫度是太陽表面溫度的16000倍!

有什麼容器能夠束縛住如此高溫的等離子體呢?經過長久摸索,人們找到了幾種方法,即:重力約束、磁約束、慣性約束。當然這些都是非物質容器,目前的實驗採用得比較多的是磁約束。就是製造一個磁場陷阱,把帶電的高溫等離子體約束在這個“陷阱”中燃燒,不讓其與任何容器表面接觸,這樣容器就不會被氣化掉了。


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  • 磁約束比較典型的裝置叫託卡馬克,就是上圖的這種裝置,這看起來像太陽嗎?

雖然約束核聚變高溫等離子體的方法找到了,但還有許多問題要解決。目前實驗的進展是,點火實現了核聚變,溫度達到1億度,輸出功率大於輸入,可以維持一個短暫的核聚變時間。在這個領域,中國走在了世界前列,在全超導託卡馬克裝置上,2017年7月3日,實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行。

101.2秒就是世界紀錄,可見可控核聚變還在艱難的爬行,任重道遠。但這種重大突破,起碼證明了可控核聚變是可行的,是有希望的。有人預測,將核聚變推上社會商業化運行,至少還需要50年。


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  • 實現可控核核聚變是人類夢寐以求的新能源。

這是人類從石化能源時代走向核能時代的標誌,是一次文明升級。人類已經長期受到能源危機的困擾,許多人把希望寄託在可控核聚變上,這是因為石化能源儲量有限,不可再生,且汙染大,對環境破壞嚴重。而在地球上,可控核聚變的燃料儲量太豐富了,且是無汙染的清潔能源。

可控核聚變的主要燃料為氫的同位素氘,每升海水中含氘約30毫克,通過核聚變產生的能量相當300升汽油的能量。就那麼一礦泉水瓶子海水,就相當300升汽油,可怕還是可喜?地球上海水儲量達到1344120000000000000立方米,每立方米海水含有氘30克,海水中的氘總儲量達到40萬億噸之多。

2019年,人類消耗的能源摺合石油約100億噸,只相當消耗氘1000噸。按照這種算法,海水中的氘可供人類使用400億年。看起來似乎一旦核聚變實驗成功,推向社會運用,人類所需能源就取之不盡用之不竭了。其實這種想法還是錯誤的,因為人類文明在不斷提升和發展,而每提升一點點,人類的能源消耗量就要呈幾何數級增長。


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  • 因此,核聚變能量並非人類文明發展的終極能量。

根據卡爾達舍夫宇宙文明分級理論,是以能量消耗為標尺來衡量文明程度的,他把宇宙文明分為三個等級。根據這個理論測算,我們人類文明才達到0.73級,能量消耗才達到2x10^13瓦/秒,要達到一級文明水平,能量消耗要達到1.74x10^17瓦/秒,還需要在現在基礎上增長8500倍;而要達到二級文明,能量消耗要達到3.86x10^26瓦/秒,則需要在現在能源消耗基礎上增長19.3萬億倍。

從上述描述,我們可以簡單計算出,到了二級文明,地球所擁有這點海水中的氘所蘊含的能量,只夠人類使用0.76天,就更別說三級文明瞭。所以我們看問題說話必須用發展的眼光,否則就不符合科學精神。

人類進入二級文明時,巨大的能量消耗只有太陽本身才能夠提供,因此部分科學家們認為,建造包裹太陽的戴森球是人類走向發展的必由之路。當然要實現二級文明,如果人類沒有毀滅的話,還需要奮鬥5000年的時間。

扯這個人造小太陽扯遠了,就此打住,感謝閱讀,歡迎討論。


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