什麼是核融合,為什麼要大肆宣傳?
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核融合描述了兩個或多個原子核合併產生更大元素的物理過程——這個過程發生在我們的太陽中。
這在能源生產中是一個令人興奮的前景,因為這種原子合併可以釋放大量能量。如果我們能夠利用這種能量釋放,人類就有可能獲得豐富、取之不盡的能源很大程度上可持續的電力。
目前,要實現這樣的成就還有很長的路要走,但世界各地的研究人員正在努力不斷推進該領域, 交付漸進式改進正在慢慢地讓我們更接近這個目標。
核融合是如何進行的?
隨著質子在強核力的束縛下聚集成越來越大的基團,原子不斷成長。這種吸引力源自於它們的三重組成粒子(稱為夸克)之間的相互作用。
由於庫侖力(粒子之間由於電荷而產生的吸引力或排斥力),質子之間往往會保持良好的距離——對於核力來說太遠了。
另一方面,中子不帶電荷,因此不會被排斥,使它們能夠毫不費力地移動到相對靠近其他核粒子的位置。由於自旋性質的微妙差異,靠近在一起的中子和質子可以黏在一起形成一個簡單的原子核。
理論上,與中子配對的質子可以與另一個質子和中子配對結合,其中中子充當一種中介體。但要讓多個質子擠得夠近,讓強力來接管並不是一件容易的事。即使是兩個氘原子(由一個質子和一個中子組成的氫)之間相對簡單的合併來形成氦 3 原子也需要在像太陽這樣的物體的核心。
為了出現更大的元素,像那些碳大小的,這些加壓熔爐需要維持至少 1 億開氏度的溫度——比太陽核心熱六倍。
將原子核融合成金和鈾等更重的元素,需要宇宙級的能量。想想在碰撞的中子星或某些超新星中發現的力的種類。
核融合如何產生能量?
聚變發電的產生取決於將核粒子聚集在一起所需能量的差異。
如果你採用一個阿爾法粒子——一對質子和一對中子聚集在一起——並且稱一下,您將得到 4.00153 單位的質量。然而,單獨稱量每個原子,總和將為 4.03188 個單位。
根據方程式「能量=質量x光速的平方」(是的,那就是E=mc2),質量的差異也是能量的差異。結合在一起的粒子集合所具有的能量比它們分開時要少。因此,當它們合併時,多餘的能量就會釋放到世界上。
這種能量在太陽深處形成,慢慢地到達表面,以電磁輻射或陽光的形式發出。
在地球上,物理學家和工程師一直在開發各種設備這可以幫助我們捕獲和利用核融合釋放的能量。當他們成功時,您一定會聽到。
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