迈阿密2010
作者:曾照云上飞 | 分类:都市 | 字数:52.2万
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第112章 展望核聚变
史蒂芬无视了鲁丝学习黑客技术的要求。
不过,亨利今天的行为,也让史蒂芬学到了几分斗而不破的精髓。
斗破苍穹固然爽,却不利于团结一切力量。
所以,他答应鲁丝,到时给她提供技术支持。
破解老虎机?
家娃已经在耳塞里表态。
小事一桩。
在沉默尴尬的气氛中回到家里。
“sir,已将核聚变反应堆技术资料整理完毕。只需要相应机器设备,消耗较少的本源点,就可以在原初世界无中生有核聚变反应堆了。”
听到这个好消息,史蒂芬非常兴奋。
“家娃,简单介绍一下,核能是种怎样的化学能。”
“sir,化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组、结构与变化规律的科学。而核裂变和核聚变是发生在原子核层面上的,所以核能不属于化学变化。”
史蒂芬摸摸鼻子,分明从家娃冰冷的机械电子音里听出了讽刺:“…要不要弄核裂变电站过度一下,怕本源点不够,都被我用完了。”
“sir,由你决定。从钢山数据库收集到的数据,包含这两种核能装置。
“向先生简单介绍下裂变和聚变的优劣。
“核电站会将铀置于钢制反应堆容器内,密封金属圆筒中。向铀原子发射中子,使其分裂并释放出更多的中子。这些中子击中其他原子,形成链式反应,分裂出更多的原子,以热和辐射的形式释放能量。其中热能将水加热成蒸汽,进而使涡轮机转动,并驱动发电机发电。
“作为靶核的铀235原子会分裂成氪和钡原子核,同时还有三个额外的中子,通过撞击其他铀235原子,产生裂变链式反应,但链式反应可能会失控。
“核聚变是结合原子核以产生能量的过程,其释放的能量是裂变的数倍。燃料是宇宙中含量最丰富的氢,氢的聚变副产品是相对温和的元素氦。
“就发电潜力而言,没有任何一种能源能像核聚变那样清洁、低碳、低风险、低废弃物、可持续和可控。
“与石油、煤炭、天然气或其他化石燃料相比,核聚变不会产生任何温室气体。
“与太阳能、风能或水力发电不同,它无需依赖于所需自然资源的可用性。
“与核裂变不同,它没有燃料熔化的风险,也不会产生长期的放射性废物。
“核聚变是大自然最普遍的能量来源。一旦能够实现可控的核聚变,人类将获得几十亿年取之不尽的能源!
“因此,核聚变技术被视为清洁能源的‘圣杯’!”
史蒂芬瘫靠在人体力学电脑椅上,闻言漫不经心点头,“‘圣杯’?不错的称呼。”
“sir,聚变核电站的运行方式与裂变核电站类似,还非常原始,都是烧锅炉发电。”
“呵呵,人类很难超脱第一次工业革命的蒸汽机。”史蒂芬将脚架在电脑桌上,将手中的苹果啃了一口,咬得嘎嘣作响。
“说得没错,sir。核聚变反应堆通常使用一种可从海水中提取的氢同位素,称为氘(氢-2)。当受到高热和高压时,电子被迫离开氘原子,产生等离子体。
“这种等离子体是一种过热的电离气体,需要用强磁场来控制,因为它的温度可以达到1亿摄氏度以上,是太阳核心温度的十倍。
“辅助加热系统将温度提高到核聚变所需的水平,大约1.5-3亿摄氏度。通电的等离子体粒子发生碰撞并加热。这些条件允许高能粒子在碰撞时克服其自然电磁排斥力,将它们融合在一起并释放出巨大的能量。”
史蒂芬打断:“反正都要消耗本源点,咱们直接手搓冷核聚变不就完事了,电影里都出现过…”
“sir,冷核聚变,是指在接近常温、常压和相对简单的设备条件下发生核聚变反应。以现在的科技水平,想要无中生有出来,需要海量的本源点。所以,暂不予考虑。”
都是本源点不够惹的…
扩张原初世界,增强自身属性,手搓高科技产品等等,再多的本源点都能用得完!
“热核聚变是给活跃的或‘主序的’恒星提供能量的过程,是宇宙中一种普遍的能量形式,比如,太阳就是一个巨大的热核聚变反应炉。
“正因如此,可控核聚变被通俗称为‘人造太阳’。
“聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态,也即进入物质第四态。
“等离子体是物质在液态、固态和气态之外的第四种形态,前三种形态在地球上最为常见,但等离子体却是宇宙中最常见的物质形态,占比高达99%以上。
“全部由离子组成的一种物质形态,其中的电子在高温作用下脱离了原子核的束缚,成为自由流动的负离子,而原子核则因为丢了电子而成为自由流动的正离子。
“这两种离子混在一起,充分电离、整体上保持电中性,就是等离子体,也被称之为‘电浆’。
“当等离子体的温度达到几亿度时,原子核就可以克服斥力聚合在一起。如果同时还有足够的密度和足够长的约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行。
第112章 展望核聚变
“因此,等离子体的温度、密度和约束时间三者乘积称为‘聚变三重积’。当它达到10的22次方时,聚变输出的功率等于为驱动反应而输入的功率,超过这一基本值,反应才能自持进行。
“按照三重积的量级,想达成热核聚变反应,需要特殊的反应容器,以获取和维持足够的反应条件。
“最初有三种利用磁场来约束等离子体的方法。
“第一种是‘磁笼’。根据电磁定律,运动中的带电粒子会在磁场的作用下发生弯曲,而磁场是可以用通电线圈营造出来的。
“‘磁笼’是用线圈营造出一个特殊形状的机器,等离子体在抽成真空的容器中绕圈运动,在磁笼的约束下形成一个闭环,这样就可以不用接触容器壁了。
“第二种‘磁镜’,是可以让以直线运动的等离子体,在到达真空管道的一端后被弹回来,就像光线被镜子反射回来一样。
“第三种‘箍缩’,是利用等离子体在有电流通过时会自动收缩的特性,用放电的方式对等离子体进行压缩,将核聚变材料约束在电流线的周围,不让它碰到容器壁。
“到了现在,主要采用磁约束聚变和惯性约束聚变两种不同途径。
“惯性约束聚变(inertialconfinementfusion,icf)是利用激光或激光产生的x射线作驱动源,均匀地加热装填氘氚燃料的微型球状靶丸外壳表面,形成高温高压等离子体并向外喷射,产生反冲压力,快速地向内压缩靶丸未加热的部分,使氘氚主燃料层密度达到每立方厘米几百克质量,并在氘氚燃料芯部形成高温高密度热斑,点燃聚变反应。
“燃烧从中心向外迅速地在被压缩的主燃料层中传播,靶丸自身的惯性约束高温高密度燃烧需要足够长的时间,进行充分的燃烧后,放出大量聚变能,获得能量增益。
“基于激光的反应堆,可以让核聚变在很短的时间内发生。但需要将数百束激光束聚焦在一个目标上,每秒加热目标10次,需要很多能量。相关的实验,现在还没有跨过净能量增益的门槛。
“而且从工程角度来看,是非常困难的。需要体育场那么大面积,强大的激光束,可以创造出像恒星和巨行星的核心,以及核武器爆炸时的温度和压力…
“激光器模仿太阳中心的条件,将重氢同位素,氘和氚,融合成氦。
“将氢气小球放入胡椒粒大小的装置中,然后使用数百束强大的激光,加热和压缩氢燃料。
“激光在进入环空器后,会击中内壁并使其发出x射线,然后这些x射线可以将其加热到1亿摄氏度——比太阳中心还热,并将其压缩到地球大气压的1000亿倍以上。
“高能激光会使小球表面等离子体化,其余中心材料受到牛顿第三定律驱使,最终会向中央坍缩发生内爆。
“在内爆时,只要对燃料球给予正确的高温高压就能发生链式反应——也就是‘点火’,随之便会放出大量能量。
“这种输出,即3万万亿瓦特的功率,本身就创造了非常极端的环境,更加接近于核武器爆炸。
“作为武器的氢弹中的氘氚是凝聚态,并用原子弹压缩实现瞬时整体核反应。在激光惯性约束产生核聚变中,氘氚也是凝聚态,不同点是用激光压缩。如此一来,便开辟了研究氢弹的新途径。sir,咱们或许可以弄出不需要原子弹引爆的氢弹。”
史蒂芬:“……”
“磁约束核聚变(maonfinementfusion,mcf)是利用磁场与高热等离子体来引发核聚变反应的路线。
“先加热燃料,使它成为等离子体形态,再利用磁场,拘束住高热等离子体中的带电粒子,使它进行螺线运动,进一步加热等离子体,直到产生核聚变反应。
“目前国际上主流的方案是使用托卡马克技术来达成磁约束核聚变。相当于‘磁笼’和‘箍缩’的混合体,外形有点像轮胎,内含多组线圈,有些线圈负责形成强磁场,从外部来约束等离子体,有些线圈负责箍缩,从内部来约束等离子体。
“托卡马克是俄语单词tokamak,来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。指的是“带有电磁线圈的环形真空室”。
“它的中央是一个环形真空,外面围绕着线圈。通电时其内部会产生巨大螺旋形磁场,将其中的等离子体加热到很高温度,以达到受控核聚变的目的。
“向环形真空室内充入一定气体,在微波等预电离手段的作用下,产生少量离子,然后通过感应或者微波、中性束注入等方式,激发并维持一个强大的环形等离子体电流。
“这个等离子体电流与外面的线圈电流一起,产生一定的螺旋型磁场,将其中的等离子体约束住,并使其与外界尽可能地绝热。
“这样,等离子体才能被感应、中性束、离子回旋共振、电子回旋共振、低杂波等方式加热到上亿度的高温,以达到核聚变的目的。
“计算表明,在输出功率不变的情况下,磁场强度每增加一倍,等离子体的体积就可以缩小16倍,高磁场强度将会大大缩小核聚变装置的体积,从而减少成本,降低自身能耗。
“sir,根据我的计算,预测会捏合成一个3m高、9000kg重的装置,在正常情况下产生最少2000特斯拉磁场。
“重点是捏出趋近常温、体积更小、功能更强的超导磁铁。现在最先进的超导磁铁含有一层包裹稀土的钡铜氧化物,它在?263c时工作效率最高,而不像老式的含铌的超导材料,需冷却至?269c。
“托卡马克装置有的是甜甜圈状,有的是去核的苹果状。而我们的核聚变反应堆很可能是球形托卡马克,融合磁笼、磁镜、箍缩、惯性约束聚变、磁约束核聚变等现有装置的优点。
“所以我们在准备材料时,要尽量满足上述五种设置的需求,节约本源点。”
史蒂芬耐心听完,对核聚变有了基本的了解。
“家娃,我之前想搬空钢山核聚变实验室的机器设备,节约时间和金钱成本。现在觉得太冒险了。在严密的安全监控系统下,悄无声息搬走机器设备,简直是灵异事件。很容易引得国家力量穷追不舍。”
“sir,斯内尔夫妇发展的那几名新超能者,还是很有用的。他们都是核聚变方面的专家,出面购买相关机器设备名正言顺。”
“那么,家娃,现在就激活他们的超能者app,同时给斯内尔夫妇发布超能者任务,安排他俩贴身保(xie)镖(chi)专家,方便、安全地给设备生产商下单。资金从我们的海外账户汇入。”
用洗干净的毒资来买自己的设备,也是无奈之举。
又要争分夺秒,又没钱…