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可控核聚变一旦实现,会把地球上的氚给用光吗?本来就只有几公斤

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可控核聚变一旦实现,会把地球上的氚给用光吗?本来就只有几公斤

发布日期:2022-09-15 12:07    点击次数:97

可控核聚变技术对于人类而言,是极其重要的,因为可控核聚变的实现不仅能够给人类提供一种强有力的能源获取方式,更重要的是能够从根本上解决发展与环境之间的矛盾。

可控核聚变与当今核电站所使用的可控核裂变技术不同,由于其能够在自然环境下稳定反应,所以并不会出现核泄漏的风险,可谓是一种绝对意义上的清洁能源,能够尽早用可控核聚变来取代化石燃料,便能够从根本上断绝大气污染物的排放,从而让以温室效应为代表的一系列大气环境问题迎刃而解。况且,化石燃料都是不可再生能源,以人类日益增长的能源需求来看,它们的耗尽也只是时间问题。所以无论是从环境保护的角度来讲,还是从人类文明的发展需求上来看,可控核聚变都有着极其重要的意义,所以它也被视为第一宇宙文明实现的标志。

可控核聚变虽好,但实现的难度也是巨大的,比如怎样才能够利用磁场或者惯性将参与反应的氚和氘进行稳定约束,避免这些高温等离子体与任何物质发生实质性的接触;还有如何才能够实现能源产出上的收支平衡;参与反应的燃料又从何而来?

等等诸如此类的问题还有很多,所以一般认为可控核聚变的实现或许还有百年之久,也有相对乐观的看法认为中国的人造太阳有望在2040年实现,如果这种预测真能实现,对于人类而言实在是一件大好事。可控核聚变的实现很难,而一旦实现了,又有一个新的问题摆在了我们的面前,那就是可控核聚变一旦实现,是否能够在地球上找到足够的燃料支持呢?其实可控核聚变能够使用的燃料又很多,包括氘氘聚变、氘氚聚变、氘氦聚变以及氦氦聚变等等,不同的反应方式,难度是不尽相同的。

以氦氦聚变为例,其所需要的温度,目前很难实现,所以与其它反应方式相比,氘氚聚变是最容易实现的,这也是目前所有国家关于可控核聚变的研究方向。

那么,地球上有足够的氘和氚吗?地球上氘的储量是非常丰富的,在地球的海洋之中存在着大量的氘,根据此前的研究数据,地球海洋中的氘含量大概在45万亿吨左右,所以我们并不需要担心没有足够的氘来参与可控核聚变。那么海洋中有氘,是不是也有氚呢?有是有,但储量非常有限,至少在日本将核废水排入海洋之前是如此。说到此,你终于明白为什么“氚”这个字如此眼熟了,没错,日本向海洋中排放的核废水中主要的放射性污染物就是氚。不过据日本提供的数据,其排放的核废水中氚的总含量只有不到3克,如果真是如此,那么的确可以说危害不大,但至于是不是真的只有如此微量的氚,我们不知道,也不予置评。

氚的储量有限,那到底多有限呢?我们首先要弄明白氚是什么,又是怎么来的?

氚是氢的同位素之一,但它是一种极不稳定的同位素,与那些半衰期动辄千万年的放射性元素相比,氚的半衰期只有12.43年,说得简单一点,就是每过12.43年,就会有一半的氚发生衰变,转变为氦3。半衰期如此短暂,这就决定了氚是无法通过时间累积的,无论它是怎样产生的,它都难以在时间的长河中越攒越多。

那么氚到底是怎样产生的呢?就地球上的氚而言,它最主要的产生途径就是宇宙射线撞击氘核以及在核电站的裂变反应中产生,由于产量极其有限,半衰期又非常短暂,所以地球上的氚含量也就非常稀少了。

在地球表面,氚可以说是散落在各个角落,而如果把散落在地球表面所有的氚都收集起来,可能也就只有五六斤的样子,所以无需担心可控核聚变会把氚消耗光,因为本来也就近乎于没有。

既然地球表面的氚如此贫瘠,又怎能支持可控核聚变呢?虽然地球表面的氚含量极为有限,但我们可以人为制造,并且可以在核聚变的过程中进行制造。在氘氚聚变的过程中,会产生中子,如果能够对生成的中子进行控制,利用它们去轰击锂-6,那么就可以得到氚了,只不过要控制反应生成中子的运动方向,现在还难以做到,如果未来能够找到控制的方法,那么可控核聚变的研发将向前迈进一大步,而且锂-6这种元素,地球上的储量还是非常丰富的,在千年之内无需担忧会消耗殆尽。



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