核聚变是什么?我们追求核能的利弊,未来或有太阳的替代品

\
  图为太阳

近一个世纪以来,科学家们一直渴望通过核聚变获得取之不尽的能源。不幸的是,设计一个可控的环境,让原子核在极端的压力和温度下不断融合,产生我们可以捕获的能量是非常困难的。尽管如此,科学家们还是取得了令人兴奋的进展。

聚变和裂变是产生核能的不同过程。当核聚变试图将单独的原子结合成一个更大的原子时,核裂变依赖于用中子撞击原子(通常是铀235)来分裂它。这两个过程都释放了大量的能量,核聚变产生的能量更多。

核裂变产生的能量被捕获在反应堆中,如福岛和切尔诺贝利的反应堆,并用于将水加热成蒸汽,蒸汽使涡轮机旋转并发电。

但这一过程产生的废物可以保持放射性达数百万年,正如我们在福岛和切尔诺贝利看到的那样,当事情出错时,它们可能会成为一场灾难。

另一方面,聚变不会产生持久的核废料,所需的材料可以在100年内回收。也没有熔毁或核事故的危险,因为它依赖于高温反应,当中断时,高温反应会在几秒钟内冷却。

因为这些反应使用相对少量的燃料,所以没有被用来制造核武器的危险。

核聚变研究领域涉及科学家解决各种各样的问题,但所有人都在朝着同一个目标努力,那就是重现太阳自身产生巨大能量的过程。

巨大的重力将氢从太阳的大气中隔离出来,并利用高热和压力将气体转化为等离子体,在等离子体中,原子核高速碰撞形成氦并释放能量。

太阳能的确是一种聚变能,但它离我们的距离太远了。所有这些动力都只是来自太阳的聚变反应。

另一个关键因素是重力。太阳巨大的引力大约是地球上的28倍,这意味着我们必须创造性地限制核聚变反应的燃料。

目前最受欢迎的方法是通过使用磁场,这可以用来在一个叫做托卡马克的环形装置中限制两种重氢形式,氘和氚。