将轻重量的原子核结合为重质量的原子核,同时受控释放出能量的现象被称之为可控核聚变。
将两个氘核结合为一个氦核并释放出中子的同时也就发生了氘—氚核聚变,这种反应会释放出最多的能量相对也就比较容易实现,所以氘—氚核聚变被当作可控核聚变的主要方向。
可控核聚变是一种怎样的存在?
又将会如何改变我们现在的生活?
可控核聚变假如实现后又会有怎样的新能源?
如果100克的核燃料可以让车辆行驶2300万公里,那么这些燃料又是如何发挥作用的呢?
100克核燃料释放出多少能量?氢原子是宇宙最小、最最稀少的一种元素,并且也是宇宙中最主要的元素,占据全宇宙总质量的73%。
地球上的水和有机物中都有氢这种元素,水中是直接以H+形式出现的,H+的质量要远低于H质子的本质。
所以只有在合成化学反应过程中,H+才能够合成为H质子。
而宇宙中的氢分子是以氢分子H2的形式存在的,氢分子一直都在不停的损失。
而在相同的条件下,氘的丰度是普通氢的万分之二,即便其丰度较低,但以地球为基点进行计算。
当下海洋中平均每升水中都含有32毫克左右的氘原子。
在地球上,氘并不是原子,所以现在生活中氘是以水分子的形式存在。
其中含有32毫克的氘就是现在生活中的重水。
而一升重水中还会含有0.034毫克左右的氚。
从这个数据来说明,氚是很难直接从海水中找得到的,因为海水中已经含有极少量的氚。
且由于氚放射性衰变以及其他因素,其丰度更加非常微弱,而且在世界范围内也只是在我国的罗布泊还找到一些。
但就算如此,我国仍然是世界上合成氚最多的国家,时代发展进程中人们也有可能通过人工合成的方法获取一定量的氚。
氘和氚都是可以用于聚变反应的原材料,相比目前用作3型和A型铀燃料更具优势。
因此在铀资源枯竭后,我们能够用尽量多获取一定量的氘和氚来合成大量铀资源。
不过相比较而言,聚变反应燃料所需物质之间有着不同比例关系,其中重原料与普通原料之间比例为1:50,这种比例看似微乎其微却可以释放出巨大的能量。
其率先在20世纪60年代曾获得直接证实,当时美国实验室使用50克给A波美反应堆制造了1个托卡马克原型并进行了实验。
结果显示,10万亿度高温下融合等离子体从设备中释放出来,并产生出1850万碳焰托卡马克等离子体,这是用可途燃料发出的光,当时美国科学家对此大为惊。
所以说,一方面这证明了可控核聚变确实能切实做到能量释放巨大,而另一方面也给中国带来了电力领域局部反响较大、持续时间较长等问题。从这里就可以得知,当一克重原料碰撞50个克普通原料并且结合为一颗重原子的同时会释放出能量达到63万亿焦耳。
这个数据究竟代表什么?
可以说打个比方,把汽车看做一个普通物体,而我们再考虑到这一暂时情况,如果车子每百公里行驶油耗为10升油的话。
车那滋所要使用这些油才能行驶1000公里,用来推动的需要比较先进一些,只要发动机能保证把油中的化学能转换为动能就可以了。
所以这就包含着一个问题,那就是我们所用作燃料一定要经过一定化学反应之后才能转化成动力。
但这又将涉及到一个工程领域的问题——也就是能效比的问题。
从纯走高速车速保持在80公里每小时油耗保持在每百公里7升计算,那么100克核燃料就能爆发出63万亿焦耳的能量。
同时这又要换算成汽油所含化学能来讲,大约相当于5600吨汽油,从而计算出我们大约可以行驶2300万公里,在这大致等于绕地球赤道575圈。
这一问题就回归到最开始提出的问题:“100克核燃料释放出多少能量?”
其实关键还在以下几个方面:
1、 环境因素
2、 车子自身条件
3、 行车方式
4、 驱动能源
这四个因素所产生出的结果决定着最终答案,本质上不论是电驱动还是石油驱动,这都是一个理想化情况下的非常精确的数据,包括在环境因素方面均为稳定气候下行驶所所得出的数据。
所以说众多因素都是造成它发生偏差变化的重要原因,比如说电尤为重要,因为电也分很多种,看你选择怎样充电方式,有些充电方式就是将电储存进电池中供你下次用。
还有一些充电方式是直接消耗电,这样一来就造成不同情况不同效果,比如说直接消耗电,70kWh电费可能使车子跑400公里,但如果是储存进电池所用的话,这一将其转换成汽油则是土克或者说是560升。
因为电这种东西本身并不生成,接入电网后它只是一种载体,所以这70kwH其实是区域发电厂所发出电,在其他情况下动力来源不同导致换算的数据也是不同,所用原理也不一样,所以这又会产生很大的误差。
现有汽车动力引擎利用效率较低。刚刚提到了一些影响汽车行驶距离问题,也提到了一些用作法则,其中一个重要内容就是车辆驱动的方法问题,这是我们的重要讨论对象之一。
因为车辆驱动方式不同自然效果也不同,从不同方向去加以控制又是否会对事物有所帮助,同理,我们所提到“100克核燃料足够让车辆行驶2300万公里”这一点也是至关重要的一环,它告诉我们许多事情,并且这些事情甚至会影响我们的很多决策问题。
这100克核燃料换作多些也没什么问题,为何不咱们探索一下科技本身呢,但重要的是它与现有社会环境相适应程度较低这一点问题。
现有社会依赖石油驱动,若100克这些处于成熟阶段的话,我们的问题又是车本身的问题——根据不同需求结构不同功能,这又会影响很多决策和安排。
像新能源汽车现在已出现出来,但如果考虑它使用散负大型火电的时候,会显得我们无比奢侈,但如果选择杭作为驱动力的话,那么采用相应材料也会造成浪费和应用不广泛的问题。
而自1865年第一款实用四轮马达车辆诞生后,到1908年福特T型车型普及11万辆至今,汽车已经从最开始每辆耗油150L/100km到如今已经降至5~10 L/100km,而技术仍然在持续进步当中,这还不包含新能源车带来的影响。
参照上述,我们现在约消耗每百公里10升油,每升油耗大约2.65升能够行驶做到一公里,如果使用材料作为能源的话,不仅实现起来困难,而且工程量大引起较多矛盾以及环境方面的问题,这些问题并不是那么好解决的。
新能源车逐渐具备普遍性后,它最终会取代传统化石能源车,很可能时间是2030年左右这样,在21世纪初全球限排之后出现大量混合动力车开始主导市场之后。
传统化石能源车会大量减少,这是因为传统化石能源车太容易受到时局方面影响,甚至长久以来都面临一定危机,这又关系到固定产业问题。
未来展望。假如轻质量核聚变实现后,会不会影响现有局面,当然会,但是具体如何还要看科技提升,倘若这个时候进入深空探测领域,那么一定需要这种有效长久稳定和高效能输出材料。
颇具争议的一点是,它不但影响汽车方面的问题,同时还影响其他各方面发展,还有可能改变全球能源格局。
新能源不可能都源于汽油、柴油,如果它们不能取代核能的话,氘则可以取代天然气等非矿物质,它拥有极高利用价值,有广泛需求,更广泛应用可能会促进相关产业兴起,比如提炼、运输等方面,会实现新技术突破。
假如可控核聚变这个时候实现的话,就根本不会对这些资源构成威胁,因为它不仅常规资源用于提供动力,还不会造成废物污染外部环境,同时还具有很强繁荣性,是一种绝佳存在。
新技术突破使人类能够更好生活和放眼远方,非常受期待,不仅是科学家期待,同时也是国家和社会,同时更是每一个人类所期盼发现的一种新纪元,新未来,它将这种无限可能宝藏照亮前方道路。
这种期盼会使我们明白合理利用有限资源会取得更大高效,也让人类意识到自己行为给外部环境造成影响,会使人类更加注重日常行为,让这种宝贵资源来源发光发热,造福更多生命体或者说生灵之长存。