当人类征服了核聚变,世界会怎样?
核聚变是一种获得原子能的方法,通过轻核聚合改变原子与原子核的结合能。核聚变需要氢燃料,比核裂变更安全,更清洁。然而,如何实现可控核聚变仍然是人类目前最需要解决的问题。
核聚变的条件和技术实现。
因为核聚变的温度高达几千万度,在这种状态下,所有的原子都变成等离子体,而且除了高温,等离子体密度还要足够大,并且维持很长时间,才能发生自持核聚变反应。这样,只有太阳这样的恒星才有这样的自然条件,不断释放出巨量的光和热。恒星依靠其巨大的质量和引力束缚等离子体,在高温下继续核聚变。
当前人工控制核聚变的难点。
人工控制核聚变的难点在于如何抑制高温等离子体。当然,地球作为恒星不可能有足够的引力来约束高温等离子体。目前,研究受控聚变的有效途径是磁约束和激光惯性约束,国内外已经发射了一批受控热核聚变实验堆。尽管核聚变过程的研究已经进行了几十年,但目前仍有很大的技术挑战,乐观估计还需要几十年才能商业化应用。
一旦我们突破了可控核聚变,人类发展就进入了一个新时代。
一旦人类突破可控核聚变,地球上的能源危机当然就不复存在;燃烧石油等碳基能源导致的温室效应也将得到有效控制。目前,一些科学家根据能量的使用对文明进行分类。因此,一旦人类实现了可控核聚变,就可以利用装载核聚变发动机的飞船达到星际旅行的目的,去寻找更多的资源,去探索星空的秘密。我们的旅程是星辰大海。
我在能源领域工作了20多年,应该比较了解这个问题。我简单分析一下。
先说正题。核聚变已经被人类实现了。这就是“氢弹”。题主可能想问“可控核聚变”吧?
按照套路,先说什么是核聚变。
核聚变又称聚变反应,是将两个较轻的原子核结合起来,形成一个较重的原子核和一个很轻的原子核或粒子的核反应。在这个过程中,核聚变反应将一些反应物的质量转化为能量。
太阳是一个巨大的核聚变反应堆。氢弹利用核聚变释放的巨大能量摧毁目标。
什么是可控核聚变?
受控核聚变是人工控制核聚变的能量输出过程,使能量输出满足人类对能量的动态需求。
最容易的聚变反应是氢同位素:氘和氚的聚变。氘储存在海水中约4万亿吨。在理想状态下,释放的能量足够人类使用几十亿年。聚变后产生无放射性污染的氦。
根据爱因斯坦质能方程:E MC?可以简单计算一下,1千克物质可以完全转化为能量,可以得到9 10 16焦耳的能量,转化为电能约250亿小时。2016年,全社会用电量59198亿千瓦时。这仅需要约340吨聚变燃料就能满足全国电力需求。
受控核聚变反应堆距离商业运行还有大约50年的时间。
受控核聚变对我们世界的影响。
受控核聚变商业化运营后,人类将不再担心能源问题,其影响是巨大的:
首先,它把人类推向了所谓的第一文明(目前是0.7文明),即“行星文明”。从本质上说,我们经历的所有工业革命都是能源利用方式和效率的变化。受控核聚变的商业化运营无疑将推动又一次工业革命(估计是第五次工业革命,前四次是:蒸汽机革命、电气化革命、信息革命和人工智能革命),人类社会的发展将再次走上快车道。
政治上,全球能源格局将彻底洗牌,中东的石油资源不再是某些国家的王牌,实现世界能源平衡。能源问题从此不再是战争的导火索,世界将更加和平。
环境问题将得到解决。因为受控核聚变产生氦气,没有环境污染问题,没有温室气体排放问题,能源更便宜,我们将告别雾霾...
人口增长和耕地减少的问题得到了缓解。相对廉价的能源为现代农业工厂的实现提供了可行的条件。现代农业种植建筑可以用来种植农作物,低能耗的电灯可以用来提供光合作用。战争的风险进一步降低。
人类将开始太空时代。目前人类探索太空的局限主要是缺乏充足可靠的能源供应。有了可控核聚变和无工质发动机,我们将征服整个太阳系,移民火星不成问题。
最新消息:美国麻省理工学院的科学家称,核聚变发电的梦想将很快在15年内成为现实。
估计是重大突破!记住:核聚变是国际合作项目,谁有突破谁就是好事!
实现低成本可控核聚变,意味着人类获得了几乎取之不尽的能源。
国际热核聚变实验堆计划于2025年点火,预计总造价超过6543.8+05亿欧元。从目前的进展来看,这个项目流产的可能性越来越大。
现在人类已经实现了(寿命极短的)可控核聚变,但是反应堆的建造成本和维护成本极高,还远没有商业化。
我们不妨浪漫地想象一下,如果实现了低成本的可控核聚变(低成本是指成本为1/10甚至低于现有能源),地球和人类文明将会发生怎样的变化。
1,饥饿会完全消失:
即使在今天,世界上仍有多达826543.8+亿人处于饥饿状态,而且这个数字还在不断上升。然而,与此同时,发达国家的消费者每年扔掉多达40%的食物,全球超过25%的食物在运输过程中损失。
世界粮食总产量足够,但地区间差异巨大,长途运输成本高,导致很多地方的人仍然吃不饱饭。当低成本的可控核聚变实现后,运输成本将大幅下降,粮食可以全球配送,饥饿将彻底消失。
2.淡水危机已经解除
目前海水净化的主要问题在于成本。即使是以色列最先进的海水淡化厂,每吨淡水的生产成本也在5元以上。在成本构成中,能源成本(电费)占绝大部分,导致海水淡化技术难以大面积推广应用。当低成本的可控核聚变实现后,海水淡化和长途运输的成本将大大降低,干旱和淡水短缺将成为过去。
3.环境危机,尤其是全球变暖,已经解决了。
目前全人类面临的最大问题是全球变暖,其根源在于人类无法摆脱对化石燃料(石油和煤炭)的依赖,产生大量温室气体二氧化碳,导致全球变暖。核聚变是一种清洁能源,没有温室气体排放,产生的核废料半衰期非常短(可以迅速转化为非放射性物质),即使发生核泄漏,危害也很低,疏散半径只需要一公里,比现在的核裂变反应堆泄漏少很多。
掌握可靠的可控核聚变技术,也意味着人类文明进入了一个新时代。想象力再丰富,也很难预料到那天会发生什么。让我们等待人类文明闪耀的那一刻!
看了一些朋友的回答,都很好。征服核聚变,应该说征服受控核聚变会拓宽世界的能源领域。
就像当年人类发现和发明的机器和电一样,从此走出了黑暗农耕时代,进入了现代生活的飞速发展。任何重大的科学发现和发明都可以极大地推动人类社会的进步,可控核聚变的实现将推动人类文明进入新的发展时代。
核聚变的理论已经形成半个多世纪了。人类已经实现了核裂变和核聚变的一些应用,比如原子弹和氢弹,就是核裂变和核聚变的典型应用。但是原子弹氢弹的爆炸是瞬间的,这种巨大的能量是不可控的。
人类已经掌握了可控核裂变的技术,在生产生活中得到了广泛的应用,主要是在核能发电和核反应堆驱动方面。2006年,世界核电已经占到全部电力的15%,中国在这方面起步较晚,占比相对较低。
但人类对核聚变的应用一直在研究中,进展相对艰难缓慢。
受控核聚变比受控核裂变更难攻克,因为核聚变的条件更苛刻,难度更大。
在太阳的中心,核聚变一直在进行。每秒钟有6亿吨氢转化为5.96亿吨氦,释放出400万吨氢能。正是这种巨大的能量,为太阳系的所有行星、卫星、矮行星、小行星和星际物质提供了光和热。激发这种能量的是太阳核心3000亿个大气压的压力和654.38+05百万度的温度。
地球无法提供这么高的压力,只能通过提高温度来实现核聚变,这需要温度达到上亿度。因此,如何达到这样的温度,用什么样的容器或方式来抑制它,是目前科学界需要解决的关键问题。
全人类都非常重视可控核聚变的发展,因为它具有很高的比较优势。
与核裂变相比,核聚变有以下优点:
1,核聚变比核裂变释放的能量多。据估计,6个氘* * *放射出43.24MeV的能量,相当于平均每个原子核3.6MeV。比n+裂变反应中每个原子核平均释放200/236=0.85MeV高4倍。
2.核聚变没有高端核废料,不会对环境造成大的污染。但由于原铀储量小,政治干扰大,放射性和危险性大,核裂变的优势无法充分发挥。
3.核聚变燃料供应充足,地球上有654.38+0万亿吨重氢。每1升海水中含有30毫克氘,30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。
因此,如果可控核聚变能够实现,人类将能够克服阶段性能源危机,真正从“石油文明时代”走向“核文明时代”,人类文明将提升到一个新的水平。
近年来,可控核聚变的研究正在加速,并在许多具体方面取得突破。
中国核聚变“人造太阳”实验装置EAST(先进超导托卡马克实验装置)已实现稳态长脉冲高约束等离子体运行超过1.01.2秒,处于世界前列。能否最终实现常说的弯道超车,还有待后续。
据悉,德国卫星模拟器核聚变反应堆取得突破,而美国洛克希德·马丁公司早在2014就宣布受控核聚变在技术小型化方面取得突破,一种可以安装在卡车后端的小型反应堆有望在十年内诞生。这些都是可喜的进步。
科学界预测,受控核聚变发电可能在2025年实现商业化,2050年有可能广泛服务于社会。
时空通讯在过去多次提到宇宙三级文明的划分,这是前苏联科学家卡尔达舍夫在20世纪60年代提出的理论。
卡尔达舍夫认为,宇宙文明的主要衡量标准是对能量的控制和利用,可分为行星一级文明、恒星二级文明和星系三级文明三个层次。每一级文明的提升,都伴随着能源使用量的数量级增长。虽然他的理论只是一个假设,但已经得到了科学界的广泛认可。
科学界估计人类文明目前只有0.73。要达到一级文明,我们需要的能量要增加10000倍以上,而要达到二级文明,我们需要增加1000亿倍以上的能量控制和使用能力。
实现了可控核聚变,解决了能源危机,人类控制和利用能源的能力大大提高,有可能在100年内使人类文明达到一级星际文明。当然,实现二等文明还需要几千年的时间(介绍请参考《时空通讯》过去发表的相关文章)。
由于受控核聚变的能量高度集中,人类探索和开发深空成为可能。我们现在的火箭用的是常规能源,发射到地球轨道需要几百吨燃料,不能带很多燃料航行。如果核聚变,30毫克氘相当于300升汽油,3公斤氘相当于3万吨汽油的能量。如果氚聚变,它可以实现更大的能量输出。这样就有可能在不携带大量燃料的情况下飞得更远,进入深空。
当然,远距离太空航行需要伴随着发动机、太空生存保障等诸多方面的科技同步提升,才能实现。
核聚变的能量在地球上是巨大的,足够人类使用一段时间。
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让我搓一波热。相信大家最近都被中国人造太阳等离子体中心温度达到1亿摄氏度,领先世界的新闻刷屏了。
题目中提到的应该是指受控核聚变技术。什么是核聚变?看天空中的太阳。为什么能一直发光发热?它烧什么?为什么能烧这么久?
太阳之所以发光发热,是因为在太阳的核心,在高温高压的状态下,氢原子之间的核聚变反应释放出大量的能量,然后源源不断地输送到太阳表面,辐射到整个太阳系。原子的核裂变和聚变可以释放出巨大的能量。原子弹用核裂变,氢弹用核聚变。与核裂变相比,核聚变的难度更大,释放的能量更可怕。在太阳的核心,温度高达654.38+05万摄氏度,压力非常可怕。
核能是清洁能源,人们使用核裂变能力由来已久,但对于核聚变,人类只能掌握氢弹这种不可控的核聚变形式。与传统发电方式相比,使用核燃料的效率要高得多。比如,要产生654.38+0万千瓦的电力,需要消耗50万吨煤,而核燃料只需要30吨。从广义上讲,核燃料是取之不尽的,核裂变产生的能量都那么大,何况核聚变。如果有一天人类能够控制可控核裂变,毫不夸张地说,就不会再有能源危机了。
然而,控制这个过程是非常困难的。首先需要满足的是高温,这是产生等离子体的先决条件。等离子体是指电子中子离开原子核,与原子核形成的离散状态。但光有温度是不够的,还需要高压,但这更难做到,因为地球上没有容器能承受核聚变所需的高压条件。所以高温就成了唯一的发展方向,这个温度一般在一亿度以上。
虽然中国对可控核聚变技术的研究已经进入世界前列,但要完全控制核聚变技术还有很长的路要走。如果有一天人类真的攻克了可控核聚变技术,那么,就像我上面说的,人类不会再有能源危机了。同时,当今世界也不应该有因为能源竞争而引发战争的理由。
人类征服核聚变后,世界能源史将进入从能源短缺到取之不尽用之不竭的新时代。从此,人类文明即将进入跨越式发展的新时代。
首先,化石燃料将迅速消失,燃煤电厂将全部拆除,燃油汽车将退出历史舞台,煤矿、油气基地、炼油厂、加油站将全部关闭,甚至风力和太阳能电站也将逐渐淡出。取而代之的是遍布全球的超净氢电站,更发达的输电网络连接全球。空气污染已成为历史,温室效应终于得到控制。无论是在农村还是在城市,蓝天白云下的人们享受着能源科技革命带来的无限美好的生活。
其次,电力成本大幅下降。超级便宜的电力改变了人们的生活。用电做饭、取暖、出行也将消失,人们将不再担心大量塑料制品对自然环境造成的危害。人们的日常用品回归纸基,大量由植物纤维制成的生活用品充斥着人们的生活。
第三,超便宜的电力让海水淡化大行其道。中东、非洲、中国西部的沙漠旁,一直有源源不断的淡水,沙漠中生长了大量的森林绿洲庄园。一大批新兴城市因为能源革命而兴起。人类在改良贫瘠土地和沙漠的同时,也改变了气候。
第四,蓄电池的技术终将突破。大大小小各种超级电池,分布在生产生活的各个领域。随着智能化的普及,携带超级电池的机器人在山野、城市、乡村忙碌着。人们感叹生活的便利和美好,贫穷和饥饿将一去不复返。
第五,能源革命给了太空探索广阔的发展空间。源源不断的能量让飞船的吨位和速度有了质的飞跃。大型空间站的建设和月球基地的建设,让人们向往和飞上太空的梦想成为现实。
当人类征服了核聚变,世界会怎样?
不说二战末期美国人在日本广岛长崎投下的两颗原子弹1945的“核”聚变。当地球上的人类在100年内克服核聚变障碍时,他们将制造“核火箭”,并将其应用于猎户座计划和2011年DARPA和美国国家航空航天局倡导的一项“百年星舰”计划。要建造一艘真正的星际飞船,我们应该聚集世界上最顶尖的科学家,制定一个下世纪星际旅行的切实可行的计划。
这可以追溯到上世纪50年代。当时,大多数人生活在对核战争的恐惧中,但少数原子科学家正在寻求核能的和平利用。他们考虑了各种想法,例如使用核武器开放港口和海湾。
由于担心核爆炸的副作用和破坏力,这些想法大多被拒绝。但是,有一个有趣的建议很吸引人。它被称为“猎户座计划”,寻求使用核弹作为星际飞船的动力源。该计划的框架很简单:制造微型原子弹,然后从飞船的尾端一颗一颗发射出去。每次迷你核弹爆炸都会产生能量冲击波推动星舰前进。原则上,如果连续释放一系列微型核弹,火箭可能会加速到接近宇宙中最快的光速。这个想法是由核物理学家特德·泰勒和弗里曼·戴森提出的。泰勒以设计多种核弹而闻名,从有史以来最大的核裂变炸弹(核爆炸威力约为投在广岛的原子弹的25倍)到大卫和克罗克特便携式核导弹(威力为投在广岛的原子弹的千分之一),但他渴望将自己对核弹的广博知识用于和平目的。所以他抓住机会建造了猎户座太空舱。
这项任务的主要挑战是如何精确控制一系列小爆炸,使星舰能够安全控制核爆炸的冲击波,而不在这个过程中被摧毁。为了实现这一目标,人们制定了一系列的速度范围设计方案。最大的模型直径14英里,重800万吨,由1080枚炸弹推进。理论上可以达到10%光速,40年内到达半人马座阿尔法星。虽然船很大,但计算表明它可能是可行的。
然而,批评者一致认为,这艘核脉冲星船将释放出放射性尘埃。泰勒反驳说,只有当灰尘和金属炸弹外壳爆炸后变得具有放射性时,才会产生放射性灰尘,所以如果航天器只在外太空启动发动机,这种情况是可以避免的。然而,1963的部分禁止核试验条约也增加了小型原子弹实验的难度。猎户座太空舱的最终目的地将作为一件珍品被写入古代科学书籍。
核火箭的缺点:猎户座太空舱项目结束的另一个原因是泰德·泰勒本人丢失了它。
失去了兴趣。既然这样似乎能发挥他的才华,为什么不支持这种探索呢?他解释说:建造猎户座太空舱将生产一种新型核弹。虽然他大半辈子都在设计铀裂变炸弹,但他意识到有一天。
猎户座太空舱也可能使用特别设计的强力氢弹,于是他停了下来。这些炸弹能释放出科学上已知的最大能量。它们经历了三个发展阶段。20世纪50年代的第一批氢弹是巨大的装置,需要用大型船只运输。事实上,它们在核战争中毫无用处。第二代核弹是小型便携式多弹头导弹,是美国和俄罗斯核武库的主力。
核聚变火箭在概念上是可靠的,但是核聚变能量还没有被证明。此外,这些火箭的巨大规模和复杂程度让人怀疑其可行性,至少在21世纪是如此。尽管如此,核聚变火箭被认为是除风帆之外最有前途的。
幸福在于知足上海+09.12.13。
首先,核聚变并不难。举个例子,氢弹的工作原理是核聚变,但是氢弹除了作为武器对人类来说没有其他用途,所以人类真正需要的是可控核聚变。从某种意义上说,太阳是一个巨大的受控核聚变机器,可以在数百亿年内持续产生能量。
那么一旦人类掌握了这项技术,就意味着人类进入了另一个时代。比如我们都知道科学的发展离不开能源的使用,现在的主流能源无非就是石油和煤炭。这两种能源都是化石燃料。化石燃料最大的问题是开采困难,还会产生污染物。
受控核聚变的原料是氘,氢的同位素,在地球上大量存在。根据一些计算,海洋中储存了大约4万亿吨的氘,所以一般来说,0.03克氘可以释放300升汽油产生的能量,所以一旦可控核聚变成为现实,人类将告别那些化石能源。
其次,一旦可控核聚变成为现实,人类将大规模进入太空。现代人类探索太空,最大的问题是能量补充。比如国际空间站每隔一段时间就需要派人运送物资,但每次发射都要花费数千万美元,所以人类对太空的探索会受到很大制约。
如果可控核聚变的技术能够实现,人类可以降低成本,甚至我们可以在月球或火星上建造大型可控核聚变反应堆。一旦建成这样的反应堆,人类就可以站在这个星球上,然后改造它。因此,可控核聚变的技术非常非常重要。只要实现了,人类就进入了一个新时代。
一旦核聚变正式投入使用,最明显的就是国家的能源问题可以说是永远解决了。石油可以退出历史舞台,中东那些靠石油发财的国家可以痛哭流涕了。如果中国能率先掌握,美国就慌了,民族复兴指日可待。
咳咳,话不多说,下面是一些相关知识:
核聚变
其实道理很简单。如果你能尽力让两个原子(通常是氢同位素)的原子核碰撞聚合成一个新的原子核。在这个过程中可以释放出巨大的能量。爱因斯坦的质能方程可以派上用场。
但是人工核聚变也是分层的。比如氘氚聚变就是最早的一代核聚变。例如,氘和氚之间的反应可以释放65,438+07.6兆电子伏的能量。虽然原料是海水,可以说取之不尽,用之不竭,但也有缺点。就是释放中子,会导致聚变装置寿命缩短。最完美的是氦3反应,没有中子,没有氚放射性。
受控核聚变中的困难
高温高压:高温能使粒子运动更快;高压可以缩小粒子运动的范围,两者都可以提高粒子碰撞的概率。
以太阳为例,我们知道太阳每时每刻都在进行这种核聚变反应。为什么它能如此稳定持续的输出能量?因为太阳反应的核心,温度大概是1000到2000万度,而且有很强的引力约束。所以核碰撞的前提是存在的。
但是那个技术是星星的专利,地球上模拟不出来。所以我们只能把温度提高,甚至提高到几亿度。但是这么高温度的等离子体只能通过加压来控制,保证反应装置不被“烫伤”?目前主流的方法都是磁约束。这些高温等离子体通过磁场结合在一起,保持聚变状态,不断旋转。
所以,如何在保证设备不损坏的情况下实现持续高温。
估计离正式投入使用我们还有几十年的时间。
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要克服核聚变障碍,很多人往往会想到实现可控核聚变。但这不是核聚变的唯一标志,突破受控核聚变标志后还会有新的标志。
托克马克,明星模仿者等。有个外号叫“人造太阳”。核聚变虽然也是在内部进行,但和太阳上的核聚变不一样。核聚变是指将轻原子核合成为更重的原子核的过程,在这个过程中可以释放出大量的能量。然而,即使没有可控核聚变,人类目前能操作的也只有氘氚同位素的核聚变,最常见的氢核聚变都无法实现。虽然地球上的氘氚资源足够人类使用一段时间,但对能源的需求在不断扩大,可控核聚变的实现不会让人类一劳永逸。
在太阳上,主要进行质子-质子链式反应,轻核的聚变可以通过质子(氢核)来实现。太阳可以直接使用更常见的工具进行核聚变,这是一个人类尚未掌握的过程。更大质量的恒星还可以进行更多种类的聚变,一路到铁的聚变向外释放能量。在这个过程中,人类是无力的。
人类对能源的需求不会随着可控核聚变的实现而停止,人类对科学的探索永无止境。可控核聚变实现后,人类会欢呼雀跃,然后投身于下一个层次。