戀夜直播app官方正版下载_戀夜直播高品质美女在线视频互动社区_戀夜直播官方版

閱讀 | 訂閱
閱讀 | 訂閱
深度解讀

科學(xué)現(xiàn)場:一場科學(xué)家的“造星運動”由激光引燃

星之球激光 來源:中國青年報2015-11-13 我要評論(0 )   

這場備受期待的“燃燒”可不是誰家的鍋爐灶臺,而是一臺代號為“W7-x”的 “仿星器”(Stellarator)。作為核聚變反應(yīng)研究設(shè)備,它更為人知的名字是“人造太陽”。太陽...


     全世界科學(xué)家都在等待那一刻。
  上百條高強激光束同時“開箭”,射向一個由氘和氚兩種氫原子組成的“燃料球”靶件。
  “中箭”的靶件將瞬間達到上億攝氏度的高溫,引發(fā)氘和氚初始的聚變反應(yīng),產(chǎn)生熱能會維持接下來的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
  如同燒柴一樣,火點著了,柴就會自行燃燒下去。
  這場備受期待的“燃燒”可不是誰家的鍋爐灶臺,而是一臺代號為“W7-x”的 “仿星器”(Stellarator)。
  作為核聚變反應(yīng)研究設(shè)備,它更為人知的名字是“人造太陽”。太陽的光和熱都從熱核聚變反應(yīng)而來,如果人類效仿這個原理,制造一個“可控”的“太陽”,就有望為解決地球能源危機找到新的出路。
  此刻,W7-x正待在德國馬克斯·普朗克研究所(簡稱“馬普所”)的大型實驗室里,一邊接受最后的檢測,一邊等待德國核能源管理部門批準(zhǔn)它的下一步行動。
  如果一切順利的話,就在本月內(nèi),它將成為核聚變能量可控使用研究領(lǐng)域的一顆新星,照亮人類的能源出路。
  這個身價10億歐元的“高富帥”能耐得住1.5億攝氏度高溫
  在德國東北部城市格賴夫斯瓦爾德,W7-x靜靜趴在實驗室一角。
  它高3.5米、寬約16米,看起來像個扭來扭去的大圓環(huán),銀色的表面坑坑洼洼,布滿大小不一、各種形狀的元器件。
  這位“高富帥”身價10億歐元,內(nèi)部有20個平面磁線圈和50個非平面磁線圈。
  馬普所的工作人員投入了19年、110萬個工時,到2014年5月才完成了它的建設(shè)。超級計算機給它用上了有史以來最復(fù)雜的工程模型之一,連焊接都由激光掃描檢測,組裝精度達到毫米級。
  費這么老大勁,是因為 W7-x必須扛住極高的溫度和極大的壓力,這些正是核聚變反應(yīng)條件。
  核聚變原理并不復(fù)雜:當(dāng)兩個質(zhì)量較輕的原子核聚合為一個較重的新原子核時,大量電子和中子能夠逃離原子核的束縛,帶來巨大能量。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚的聚變。
  實現(xiàn)這個原理則需要高溫與高壓,才能讓兩個原子核相互吸引而碰撞。
  這活兒太陽自個兒就能搞定。它的中心溫度高達2000萬攝氏度,自身重力強大,能形成高壓狀態(tài),使核聚變得以發(fā)生并持續(xù)??梢诘厍蛏夏M太陽,由于引力太小、壓力不夠,核聚變需要在超過1億攝氏度的溫度下才能進行。
  在這個溫度下,任何固體材料都將被熔毀,但超導(dǎo)磁線圈會用磁場形成“籠子”,讓可怕的“猛獸”——高溫等離子體在有限體積內(nèi)運行,完全不與“人造太陽”的腔壁接觸。根據(jù)設(shè)計方案,W7-x能耐得住1.5億攝氏度高溫,長達30分鐘。
  身為目前全世界最大、“版本”最新的仿星器,W7-x被研究人員寄予厚望——實現(xiàn)核聚變能量的可控使用。
  人類對于核聚變能量的使用,是從“不可控”開始的。
  第二次世界大戰(zhàn)期間,美蘇加快對核武器的研制。1945年爆炸的首顆原子彈采用了核裂變原理,不到10年,應(yīng)用核聚變的第一顆氫彈也爆炸了。
  這種能量的瞬間釋放會造成極大的破壞,只能應(yīng)用于戰(zhàn)爭。讓核能釋放長期、持續(xù)、安全、和平地進行,關(guān)鍵就在于核反應(yīng)的可控性。
  直到1985年冷戰(zhàn)末期,美蘇元首才共同發(fā)表一份不包含任何實際承諾的聯(lián)合聲明,結(jié)尾表示“在核聚變能方面進行最廣泛的切實可行的國際合作”,用核聚變?yōu)槿祟愒旄!?/div>
  核裂變的可控性在“曼哈頓計劃”時代已經(jīng)解決。1954年,蘇聯(lián)就建成了第一個核電站。
  而從不可控的氫彈爆炸到可控的核聚變能源利用,注定要走一條很漫長的道路。
  核聚變產(chǎn)生的能量遠在化石能源與核裂變反應(yīng)之上,且清潔安全
  “核聚變讓人著迷。”為“國際熱核實驗反應(yīng)堆”項目協(xié)調(diào)奔走多年的韓國科學(xué)家李秀景說,“就像中世紀的人們追尋煉金術(shù)一般,它是能源研究的‘圣杯’。”
      地球上的能源危機早已出現(xiàn)。人口增加、工業(yè)發(fā)展等壓力使能源消耗更加迅速。幾乎所有國家的發(fā)展都依賴煤、石油、天然氣等化石能源,而其燃燒引發(fā)的溫室效應(yīng)、酸雨現(xiàn)象又對人類生存環(huán)境造成嚴重破壞。經(jīng)過長期開采,化石資源日趨枯竭。
  人們拼命尋找替代能源,并越來越重視核能的應(yīng)用。當(dāng)前,核電站或核能發(fā)電廠的能量來源是核裂變,其能量產(chǎn)生過程與核聚變相反。
  1千克鈾-238全部核裂變將產(chǎn)生2萬兆瓦小時的能量,與燃燒至少200萬千克煤釋放的能量一樣多。
  但核裂變利用有幾個弊病——原料稀有、資源有限;產(chǎn)生放射性元素、廢料無法安全處理;最可怕的就是可能產(chǎn)生核泄漏。不少國家現(xiàn)在已經(jīng)著手限制和縮減核電站。
  前美國能源部首席科學(xué)家雷蒙德·奧巴赫曾表示,自己對世界未來的能源需求感到驚恐:“從哪兒弄這么多能源?”
  在研究者眼中,核聚變是滿足世界能源需求的唯一希望,是一顆能源新星。
  據(jù)計算,1千克氫燃料經(jīng)過聚變反應(yīng),至少可以抵得上4千克鈾燃料或1000萬千克優(yōu)質(zhì)煤燃料。
  比起稀少的核裂變原料,每升海水中就含有0.03克氘,總計45萬億噸。它們都聚變的話,能保證人類上百億年的能源消耗。
  無論反應(yīng)前后,核聚變需要的和產(chǎn)生的都是無害元素,清潔安全。氘的提取方法也比較簡便,成本較低。
  “核聚變不會釋放二氧化碳,基本上取之不盡用之不竭,還不會對環(huán)境造成影響……你還能找到比它強的嗎?”雷蒙德·奧巴赫說。
  只要將氘、氚原子注入反應(yīng)堆密封裝置,再進行“點火”,經(jīng)過一段時間,核聚變產(chǎn)生的溫度就足夠令原子核繼續(xù)發(fā)生聚變。在這個過程中,只要氦原子核和中子被及時排除,輸入新的氘氚混合氣,核聚變就能持續(xù)下去。產(chǎn)生的能量一小部分留在反應(yīng)體內(nèi),維持鏈?zhǔn)椒磻?yīng),大部分可以輸出,作為能源來使用。
  這幅和諧的畫面始終吸引著各國科學(xué)家。盡管質(zhì)疑者們常常開玩笑說,這項奇跡永遠都是“還要再等30年”,但支持者們堅信,人類離這樣一個清潔而且?guī)缀跏菬o限的能源已經(jīng)越來越近。
  在艱難的準(zhǔn)備工作后,“人造太陽”終于完美通過檢測,等待點火
  在近乎完美的理論架構(gòu)之下,可控核聚變的實際研究進程經(jīng)歷了難以想象的坎坷艱難。
  在得到世人矚目之前,W7-x的星路并不平坦。
  目前,最常見的核聚變反應(yīng)堆設(shè)備并不是W7-x所代表的仿星體,而是與它十分相似的兄弟——托卡馬克(Tokamak),同屬“國際熱核實驗反應(yīng)堆”項目。
  項目設(shè)立之初,美國、蘇聯(lián)、日本和歐洲共同參與,體量龐大,運用了當(dāng)時最先進的技術(shù)。在之后的幾十年里,盡管成本翻倍、設(shè)備制造協(xié)作不暢、完工日期一拖再拖,但科學(xué)家們還是往前走了一大截。
  然而,比起W7-x,托卡馬克裝置設(shè)計存在一些安全風(fēng)險,有可能釋放強大的磁場力擊毀整個反應(yīng)堆。這樣的缺陷即使在最新露臉的類球形托卡馬克設(shè)計中依然存在。
  有人認為,托卡馬克能夠檢驗核聚變是否可行,但它不能證明核聚變是否可以商業(yè)化運行。它在實驗中運行良好,但電站需要的是簡單、易維護。英國原子能管理局首席執(zhí)行官史蒂文·考利就曾表示,“無法想象一臺到處叮叮咣咣的機器怎么能日復(fù)一日穩(wěn)定工作。”
  在科學(xué)家們?yōu)橥锌R克的瓶頸發(fā)愁時,仿星體W7-x以一匹黑馬的姿態(tài)出現(xiàn)在人們的視野中。
  首個仿星器于1951年在普林斯頓大學(xué)建造,從根本上避免了托卡馬克的問題:磁場完全來自外部線圈,沒有會突然中斷的等離子體電流。但受限于當(dāng)時的技術(shù),仿星器對粒子的有效約束遠不如托卡馬克。因此,從上世紀70年代開始,大多數(shù)核聚變研究都聚焦于后者。
  2014年5月,在經(jīng)歷了險遭取消、預(yù)算上調(diào)等重重波折后,W7-x宣告完工。作為一顆“優(yōu)化升級”的“新星”,從理論上講,它可以在增添安全性和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,達到前輩所具有的一切性能表現(xiàn)。
  在過去一年內(nèi),這顆“小太陽”在各種調(diào)試檢測中都表現(xiàn)良好。今年7月,它還早于原計劃進行了磁場的電子束測試。負責(zé)這項工作的馬普所科學(xué)家表示,一切完美而精確。
  真正的最終檢驗是點火那一刻??茖W(xué)家們期待,這顆新星的“燃燒”能照亮他們未來的研究進程。
  在探索核聚變可控的道路上,這個萬眾矚目的時刻也注定只是一簇火花。未來,它還要滿足人們“民用化、小型化和經(jīng)濟型”的期待。
  有人說,幾十年來的嘗試充分說明核聚變是一條死胡同,付出心血的科學(xué)家們卻依然堅定。
  “我是搞技術(shù)的,只關(guān)注技術(shù)方面的事情,只考慮需要做些什么讓它在未來發(fā)揮作用。我不會去說花了幾十年才走到這一步。”斯蒂文·考利說,“要知道,人類整整用了3000年才會飛。”

轉(zhuǎn)載請注明出處。

激光造星運動仿星器
免責(zé)聲明

① 凡本網(wǎng)未注明其他出處的作品,版權(quán)均屬于激光制造網(wǎng),未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其它方式使用。獲本網(wǎng)授權(quán)使用作品的,應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使 用,并注明"來源:激光制造網(wǎng)”。違反上述聲明者,本網(wǎng)將追究其相關(guān)責(zé)任。
② 凡本網(wǎng)注明其他來源的作品及圖片,均轉(zhuǎn)載自其它媒體,轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息,并不代表本媒贊同其觀點和對其真實性負責(zé),版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán)請聯(lián)系我們刪除。
③ 任何單位或個人認為本網(wǎng)內(nèi)容可能涉嫌侵犯其合法權(quán)益,請及時向本網(wǎng)提出書面權(quán)利通知,并提供身份證明、權(quán)屬證明、具體鏈接(URL)及詳細侵權(quán)情況證明。本網(wǎng)在收到上述法律文件后,將會依法盡快移除相關(guān)涉嫌侵權(quán)的內(nèi)容。

網(wǎng)友點評
0相關(guān)評論
精彩導(dǎo)讀