能源是人类文明发展的基础。在进入科技时代之前,人类已经开始利用地球上的各种自然资源,但当时利用率很低。直到人类步入工业时代,在科学技术的帮助下,能源的利用率才大大提高。能源也是科技发展的基础。没有丰富而持续的能源供应,任何科学技术都只是纸上谈兵,无法应用于现实。因此,人类进入科技时代后,科学家们一直在积极探索各种能源的应用。随着人类文明的快速发展,对能源的需求越来越大。
但是,众所周知,人类使用的主要能源是化石能源,化石能源是大自然赋予的巨大财富,是地球经过数十亿年的演化形成的自然资源。但是,这些资源毕竟有限。如果你用得少,你需要的就少。随着科学技术的快速发展,我们将在未来遇到能源危机。如果地球上的化石能源被我们用光了,对人类的生存将是个坏消息。没有能源,人类科技就会停滞不前,随着时间的推移,人类文明会一步步倒退,甚至可能走向灭绝。为了摆脱化石能源的危机,我们必须研究和探索一种更强大的、能够持续提供能量的能源。这位能源科学家早在上世纪中叶就发现了,正是核能让我们津津乐道。
核能是一种强大的能源,无论从能级还是原料获取上,都远远强于化石能源。核能的应用有两种模式,一种是核裂变,一种是核聚变。核裂变相信大家都知道核裂变是原子弹用的,它产生的能量让我们害怕。核裂变的应用不仅是制造核武器,还有发电。世界上第一座并网的核电站是苏联的奥布宁斯克核电站,于1954年投产。核电站的发电量远远超过其他发电方式。到目前为止,全世界有438座核电站在运行,占全球发电量的16%。既然核裂变的发电方式如此强大,为什么我们不在世界各地多建核电站来解决能源问题呢?
裂变释放的能量是化石能源完全无法比拟的,但是核能的这种应用模式也有很多弊端,其中最大的就是核污染。在核裂变过程中,会产生各种半衰期不同的放射性同位素,它们会释放出各种射线,如α射线、β射线、γ射线等,其中γ射线的危害非常大。正是核裂变造成的核污染对环境产生了巨大的影响,所以大量的核废料需要严格处理。即便如此,对地球环境的影响也无法避免。甚至有一些核电站产生的核污染无法深埋,而是选择倒入大海。这样的后果可能不堪设想。
核裂变还有一个很大的缺点,就是稳定性不够完美。自1954年第一座核电站投入使用以来,世界各地发生了多起核泄漏事故,比如著名的切尔诺贝利事故,使得整个切尔诺贝利地区成为人类的禁区。即使是现在,除了一些动植物,人类仍然无法在这里安全生活。与核裂变的弊端相比,核聚变是更好的核能应用模式。对于核聚变的认知,我们首先想到的是氢弹,这是一种不稳定的核聚变应用模式。爆炸产生的能量远非原子弹可比。此外,宇宙中的恒星内部是一个巨大的受控核聚变反应堆。众所周知,整个恒星系统的能量供应基本来自中央恒星。与核裂变相比,核聚变有很多优点。第一,核聚变释放的能级比核裂变强,两者的能级完全不在一个级别上。
其次,核聚变的原料非常广泛。恒星核聚变使用的原料是氢,是宇宙中最丰富的元素。目前科学家正在研究和探索的核聚变是初级氘氚核聚变。脱落的茎都是氢的同位素。两者融合会形成氦4,在这个过程中,质量缺陷会释放出巨大的能量。科学家选择氘氚聚变进行研究,主要是因为这两种元素的聚变最容易实现,对环境的要求也比较低。即便如此,我们要实现初级氘氚聚变仍然不是那么容易,它对聚变环境的要求要么是上亿度的高温,要么是类似太阳内部的高压环境。我们无法实现太阳内部的高压环境,只能选择上亿度的高温环境。然而,如何抑制如此高的温度是实现核聚变的关键。目前,科学家们正在考虑使用磁约束,但要实现这一点,我们需要面对许多问题,不仅是材料,还有其他方面。
所以实现核聚变不是那么容易的。科学家对核聚变的探索已经有70年了,但迄今为止的成果非常有限,离真正的可控核聚变还很远。一些悲观主义者认为,人类可能永远无法实现可控核聚变。如果是,人类的未来会怎样?如果可控核聚变无法实现,无疑将是对人类文明发展的巨大打击,甚至关系到人类的命运。可能有朋友会说,除了核聚变,人类可以应用的能源还有很多,比如太阳能、风能、地磁能等。,这些都可以在一定程度上替代化石能源。没错,即使没有核聚变,人类仍然会有大量的能源可以利用。太阳能和核裂变走得更远,还能满足人类对能量的基本需求。核聚变对人类不是那么重要吗?这里要明白,核聚变是人类星际旅行实现的关键。
没有核聚变,依靠太阳能和核裂变能,我们还能生存很长时间,但无法实现星际旅行。人类的未来必然是一片星辰大海,要在星辰间航行,能量是关键。核聚变使用的原料是氢,氢在宇宙中随处可见。我们可以从Tai 空收集质子用于航行时的燃料消耗,不用担心有一天燃料耗尽。可见核聚变是实现人类星辰大海事业的关键。否则,我们将永远被困在太阳系里。一旦我们永远被困在太阳系,人类的命运就注定了。我们应该知道太阳不是永恒的。随着时间的推移,太阳会变得越来越亮,越来越热,直到最终演变成一颗红巨星。太阳会一步一步走到尽头,被困在太阳系的人类也会一步一步走到尽头。所以走出太阳系是人类能够继续发展的希望,而要走出太阳系,必须实现可控核聚变。