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核聚變本世紀(jì)將迎來“巨變”?-個(gè)人射線報(bào)警儀|多功能氡檢測儀|測氡儀|表面污染檢測儀|放射性檢測儀|輻射安全報(bào)警儀_輻射檢測設(shè)備網(wǎng)

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行業(yè)新聞

核聚變本世紀(jì)將迎來“巨變”?

2017/3/9 10:17:22

2016年12月12日,我國自主研制的熱核聚變核心部件,率先通過了國際權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證,為國際熱核聚變項(xiàng)目立了一大功,并成為新華社權(quán)威媒體評選的2016年度十大能源新聞之一。同時(shí),我國可控核聚變試驗(yàn)也制造出了比太陽中心溫度還要高的氫等離子體,并且穩(wěn)定燃燒了一分多鐘,創(chuàng)了世界紀(jì)錄。從人類走進(jìn)核能大門以來,可控核聚變一直被很多科學(xué)家視為能源界一項(xiàng)登峰造極的“神功大法”。這門“武功”究竟有多厲害?目前人類修煉了幾成?且聽筆者一一道來。

核聚變:能源界的絕世武學(xué)

1932年,英國物理學(xué)家詹姆斯˙查德威克開啟了原子核的大門,人類開始逐漸認(rèn)識到原子驚世駭俗的“內(nèi)功”,并想方設(shè)法把它據(jù)為己用。原子核的這股巨力可以通過兩種方式來釋放,一種是鈾、钚等重原子核分裂成幾個(gè)輕原子核的裂變反應(yīng),另一種是幾個(gè)輕原子核聚合成一個(gè)重原子核的聚變反應(yīng)。1945年,美國送給日本的“小男孩”和“胖子”,讓世人領(lǐng)教了核裂變驚世駭俗的爆發(fā)力和綿延許久的余威。此后,英、法、中等國也不甘示弱,陸續(xù)用原子彈試爆宣示自己也掌握了這門武功。

然而這些國家也發(fā)現(xiàn),如此神功只用來打殺未免有點(diǎn)兒low(低端),而且沒什么前(錢)途。于是,各國紛紛走上了和平利用核能之路。1954年6月27日,前蘇聯(lián)建成了世界上第一座基于裂變原理的核電站,率先實(shí)現(xiàn)了可控核裂變,成功把剛烈“炸藥”變成了溫和“燃料”。60多年后的今天,全球已經(jīng)有400多臺核裂變反應(yīng)堆在商用電網(wǎng)系統(tǒng)服役,每年為全球貢獻(xiàn)10%左右的電力。

同核裂變一樣,核聚變在世界舞臺上的第一次亮相也是伴隨著強(qiáng)光和巨響:1952年,美國人率先搞出了以氫元素的同位素三兄弟氕(piē)氘(dāo)氚(chuān)中的氘和氚為原料的氫彈,威力比核裂變又高出好幾層樓,邁出了人類修煉聚變神功的第一步。之所以稱為“神功”,是因?yàn)楹司圩円坏┫窳炎円粯訉?shí)現(xiàn)商用發(fā)電,將是顛覆世界的革命性成功,人類在能源利用上很可能再也不用精打細(xì)算了。它有這么幾大好處。

不產(chǎn)生放射性廢物

好處一:高能。論核武器的威力,以鈾、钚等重元素為原料的裂變彈,通常為幾百至幾萬噸級TNT炸藥當(dāng)量,而聚變彈則可大至幾千萬噸級TNT當(dāng)量;論能量密度,當(dāng)今裂變原理核電站主流堆型——輕水式反應(yīng)堆所用的濃縮鈾(鈾-235含量為3.5%),每公斤所含的能量為345.6萬兆焦(1兆焦=1000千焦=100萬焦),相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的118倍,而氫元素聚變反應(yīng)的能量密度甩下濃縮鈾幾百條街,高達(dá)每公斤9.45億兆焦,相當(dāng)于只用不到4克氫的聚變,就能達(dá)到1公斤濃縮鈾裂變放出的能量。

好處二:清潔。核裂變所用的鈾-235,反應(yīng)后會分裂成碘-131、銫-137、鍶-90、氙-133、氪-88等核素,這些裂變產(chǎn)物仍然具有放射性,不能隨便亂扔,人們因此為它們準(zhǔn)備了周密的防護(hù)和處理制度(詳見《環(huán)境與生活》雜志《處理好的核廢物輻射小于X光》《中國核燃料循環(huán)執(zhí)行“閉計(jì)劃”》等文),來保障人員和環(huán)境不受電離輻射所傷。而聚變采用的氫元素三兄弟都是自然界最小的原子,唯一的聚變產(chǎn)物是第二小的原子氦。雖然反應(yīng)過程中伴隨能量輸出而帶來中子輻射,但聚變產(chǎn)物氦是完全沒有放射性和其他毒性的穩(wěn)定核素,自身安全性很高,沒有必須深埋上萬年的高放射性廢物。此外,氦的化學(xué)性質(zhì)非常慵懶,正常環(huán)境下不和任何物質(zhì)起反應(yīng),只會以無色無味的氣體形式存在。平時(shí)看到那些往上飄的氣球,就是用氦氣充的。

好處三:原料多。修煉聚變神功所需要的主材料氘,儲量只有氫的1/7000,換算到每一升海水中約含有30毫克氘。比例雖小,但總量驚人。海水中所含的氘達(dá)45萬億噸,足夠人類使用上百億年。而且,一升海水所含的氘聚變后就可產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的熱能。用一句話來形容就是廉價(jià)、豐富、好提取。至少到目前,氘都被看作取之不盡用之不竭的原料。

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