大家好,今天小编关注到一个比较有意思的话题,就是关于我国人造太阳新进展的问题,于是小编就整理了4个相关介绍我国人造太阳新进展的解答,让我们一起看看吧。
中国人造太阳正式诞生,不过这个“太阳”到底有什么用?
我国的“人造太阳”其实是用来实现可控核聚变的托卡马克装置,由于现实中的太阳也是以核聚变为能量来源的,因此我国的可控核聚变装置也被称为“人造太阳”,其最终目的就是让我们得以利用可控核聚变的巨大能量从而彻底解决能源危机。
在很长一段时间内科学家都不知道太阳的能源究竟来自何方,直到上个世纪初随着物理学的进步人们才意识到太阳发光发热的能量来源就是内部的核聚变反应。巨量的氢元素在太阳核心的超高温和超高压环境中不断发生着核聚变反应,而地球仅仅接收了太阳能量的极小一部分就得以演化出万千生灵。
第二次世界大战之后人类也掌握了以核聚变为基础的氢弹制作方法,但氢弹属于不可控核聚变反应,只能用来破坏而不能用来为核电站供能,因此现在的核电站都是以可控核裂变为能量来源的。
可控核聚变释放的能量要比可控核裂变大得多,而且没有任何污染和辐射产生,不同于核裂变所需的强核辐射原料,可控核聚变所需的原料从海水中就可提取,更重要的是目前位于合肥的“中国太阳”已经能持续运行百秒以上,处于世界领先地位。
本世纪中叶到本世纪末可控核聚变技术就会完成从试验到商用的跨越,届时从海水中提取的核聚变材料将源源不断散发热量并蒸发液态水,产生的高压蒸汽再带动发电机发电,届时我们就能拥有近乎无限的电能。
中国的人造太阳(EAST)装置,就是模仿太阳发光发热的原理,实现人工可控核聚变,释放能量,如果能够成功,那就是可以供给人类生活生产需要的终极能源。
太阳发光发热供给了整个太阳系的能量,它靠的就是宇宙精心设计的太阳核心处的核聚变反应堆,在太阳的核心,温度和压力都及其之高,太阳通过巨大质量把高温等离子体约束在一起,时时刻刻以一定的速率进行着聚变反应,根据目前太阳聚变的速率,它还能继续燃烧50亿年。
我国正在建造的人造太阳装置,是人造太阳环流器二号。这是一种大型的托卡马克装置,通过磁约束等离子体,来实现人工可控核聚变反应,其中的等离子体温度可以达到1.5亿度,这样的高温可以提高可控核聚变的时间,为高温等离子体研究和人工核聚变装置的实用化发展奠定基础。
可控核聚变一旦实现实用化和商业化应用,那么困扰人类的能源问题不再存在,人类也可以从容的去探索星级大海,当目前来看,还需要几十年的历程,而且是图1中的那种大型装置,当然,我们都希望实现钢铁侠那样的小型动力装置,那么人人都可以化身超级英雄了。
解决未来的能源问题
能源问题迫在眉睫
其实“人造太阳”要解决的是老生常谈的问题了,从现代科学开始,人类的发展简直是飞速的,而随之而来的是人口的爆炸。
更多的人口就需要更多的生存空间以及能源。而我们现在主要依靠的是化石能源,储量有限,而且对于空气的污染十分严重。于是,科学家就一直在探索新能源,这种能源是希望既清洁、高效、成本低、易获取。其实,科学家发现了很多,比如:太阳能,风能,潮汐能等等。但这些或多或少都有一些问题,后来人类发明了核武器,发现核武器产生的能量非常大,可是核裂变的污染十分严重,但是核聚变却十分清洁,并且最主要的原来是氢元素,是比较好获取的。
但是,我们知道的是,氢弹一炸就没了,我们不能要发个电就炸一下,那是不太合理的,所以科学家把想法聚焦到了可控的核聚变上,而对于“人造太阳”的研究其实就是在研究可控核聚变。
太阳燃烧其实是可控核聚变
可能你会说真的存在“可控核聚变”么?实际上,是真的存在,就是太阳。太阳没有一下子全炸了而是一直处于向外辐射能量的状态就是依靠就是可控核聚变。整个过程大概是这样的,太阳由于自身引力很大,就会向内压缩,这时候太阳核心温度就会暴涨,当温度达到一定时,核聚变就会被点燃。
核聚变被点燃之后,就会向外产生压力(本质上就是氢弹爆炸向外的冲击波产生的力)。而这个向外的压力和引力其实会形成动态平衡。引力占上风,中心温度上升,核聚变反应就会剧烈一些,产生更大的向外压力和引力抗衡。同理,核聚变反应剧烈时,中心受到的引力下降,温度就会下降,核聚变反应就会减缓。
“人造太阳”的原理
“人造太阳”目前还有很多问题需要解决,它还处于非常初级的阶段,整个过程基本上可以理解成通过磁场来约束等离子体的运动,然后实现可控核聚变反应。如果未来能够实现并且商用,人类的能源问题就能够被解决掉了。
研究用途大于实际用途,是突破现代物理学瓶颈的重要工具,也是研究量子力学的必要条件。中国人造太阳意义重大,相对于国外的人造太阳,中国的人造太阳实验结果更清晰,更便于研究,同样损耗和成本也更小,这就是中国厉害的地方,要么没有,要搞就搞比你厉害的
太阳释放的能量是在其核心处的核聚变反应所提供。在太阳核心处的压力达到了3000多万个大气压,温度在1300万度以上,物质密度达到了每立方厘米150克。在这样的条件下才能克服氢原子核之间的库伦力,使得较轻的氢原子核合并成较重的氦原子核。在这个过程中会损失0.7%的质量。这些质量会转换成能量释放出来。
图:太阳中进行的质子-质子核聚变反应
从太阳核心的反应来看,核聚变反应需要条件十分的苛刻。目前人类实现的核聚变反应已经应用在了武器制造上~氢弹。氢弹是利用原子弹起爆提供的高温和高压来使得核聚变反应能够进行。
但可以控制的核聚变反应还没有完全达成。因为无法在可控的情况下达到如此高的压力,只有提高反应温度使得核聚变反应能够发生。但是没有任何容器能够这样的高温。科学家想出了利用磁场来约束反应物质,这个设备就是托卡马克装置。
图:
先进实验超导托卡马克实验装置(EAST)
在2018年11月,中国的先进实验超导托卡马克实验装置(EAST)已经能够达到1亿度的高温使氘~氚(两者都是氢的同位素,核聚变反应需要的条件最低)核聚变能够发生。但这还没有达到最终目标,EAST的目标是达到1亿度,并持续10000秒,产生超过100万安培的等离子体电流。这个目标应该会在几年内实现。
可控核聚变反应的实现使得人类能够拥有几乎无穷无尽的能源,地球上目前储存的氘住够人类按目前的能源消耗水平使用上百亿年。这是人类走向未来最为关键的技术,也是人类必须要拥有的技术。
中国人造太阳百科?
2020年4月,我国大科学装置“东方超环”取得重大突破,等离子体中心电子温度首次实现1亿摄氏度运行近10秒。“东方超环”是我国自主设计研制的磁约束核聚变实验装置,也被称为“人造太阳”。
中国的人造太阳也叫“东方超环”,是全超导托卡马克核聚变试验装置,被称为“人造太阳”。该装置由中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制,是世界上第一个非圆截面全超导托卡马克,也是中国第四代核聚变实验装置。
中国人造太阳首次实现1亿度运行,核聚变是最有希望取代石油的能源吗?
煤,石油之后,代替的能源是什么:
目前看来,最有希望的能源将是受控聚 变核反应提供的核 聚 变能。
“聚 变”是较轻的原子核 聚合成较重的原 子核的反应。它所释放的能量要比等量的裂变原料发生裂变释放的能量大很多倍。不仅如此,聚变 核 反应的原料也十分丰富。能够产生聚变的元素主要是氢的同位素氖和氘,人们称之为重氢。0.03克重氢在聚变反应中释放出的能量,相当于燃烧300公升汽油。重氢在海水中的含量是每吨17.1克。地球上海水中的重氢即使能从中提取出千分之一,也可供人类使用几十亿年!
既然核 聚变能可以说是取之不尽、用之不竭的能源,那么我们现在为什么不大规模地开发利用呢?原来要使轻核 聚 变,存在着一系列技术上的难题。首先必须达到几千万度以上的高温,才能使轻核之间接近到可以发生聚变的距离。因此人们常把聚变反应称为“热 核 反应”。要获得这样的高温实在不容易。热 核 聚 变在氢 弹里已经实现,它是用原 子弹爆 炸来达到这个高温而引 爆的。但是氢 弹里的热核 聚变反应不能控制,一发而不可收,其爆 炸威力比原 子弹大得多,根本不能有节制地和平利用。
其次,高温下的重氢的原子核和核外电子已经分离,成为等离子体。在这种状态下,核运动极其迅速激烈。要想把这样高温高能的等离子体约束在一定的区域里,并让它按人的意志有节制地释放能量,当今世界上还真找不到一种实实在在的容器能装得住这个“魔鬼”。还是科学家们神通广大,他们利用磁场制成了“魔瓶”,把等离子体约束在一起,这种方法叫磁约束法。苏联一种叫“托卡马克”的核聚变装置,就是用这种“魔瓶”来研究受控热核反应的。我国科学家研制的“中国环流器一号”受控核聚变装置也已正式运转。
目前,微型受控核聚变的研究已有较大进展,科学家们正在不断努力探索。
想让可控核聚变成为主流能源,需要考虑至少两个课题:
如何延长可控核聚变的持续时间;
制取作为聚变燃料的重氢,也需要投入相当的能源和金钱。
仅从这两点出发进行考量,就不难发现,如果单次可控核聚变所产出的能量不能做到抵消原料成本(包括能源输入在内),将其作为能源商用是毫无意义的。
我国人造太阳何时升空?
1. 目前我国人造太阳尚未升空。
2. 这是因为研发和制造人造太阳是一个复杂而庞大的工程,需要充分的科研和技术支持,目前还在不断进行研究和实验阶段。
3. 人造太阳的升空时间取决于科研人员的研发进展和技术突破。
随着科技的不断进步和研究的深入,未来可能会有更多的突破和进展,人造太阳的升空时间可能会逐渐确定。
到此,以上就是小编对于我国人造太阳新进展的问题就介绍到这了,希望介绍关于我国人造太阳新进展的4点解答对大家有用。
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