什么是核聚变,为什么要大肆宣传?
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核聚变描述了两个或多个原子核合并产生更大元素的物理过程——这种过程发生在我们的太阳中。
这在能源生产中是一个令人兴奋的前景,因为这种原子合并可以释放大量能量。 如果我们能够利用这种能量释放,人类就有可能获得丰富、取之不尽的能源很大程度上可持续的电力。
目前,实现这样的成就还有很长的路要走,但世界各地的研究人员正在努力不断推进该领域, 交付渐进式改进正在慢慢地让我们更接近这个目标。
核聚变是如何进行的?
随着质子在强核力的束缚下聚集成越来越大的基团,原子不断长大。 这种吸引力源于它们的三重组成粒子(称为夸克)之间的相互作用。
由于库仑力(粒子之间由于电荷而产生的吸引力或排斥力),质子之间往往会保持良好的距离,对于核力来说太远了。
另一方面,中子不带电荷,因此不会被排斥,从而使它们能够毫不费力地移动到相对靠近其他核粒子的位置。 由于自旋性质的微妙差异,靠近在一起的中子和质子可以粘在一起形成一个简单的原子核。
理论上,与中子配对的质子可以与另一个质子和中子配对结合,其中中子充当一种中介体。 但让多个质子挤得足够近,让强力来接管并不是一件容易的事。 即使是两个氘原子(由一个质子和一个中子组成的氢)之间相对简单的合并来形成氦 3 原子也需要在像太阳这样的物体的核心。
为了出现更大的元素,像那些碳大小的,这些加压熔炉需要维持至少 1 亿开氏度的温度——比太阳核心热六倍。
将原子核融合成金和铀等更重的元素,需要宇宙级的能量。想想在碰撞的中子星或某些超新星中发现的力的种类。
核聚变如何产生能量?
聚变发电的产生取决于将核粒子聚集在一起所需能量的差异。
如果你采用一个阿尔法粒子——一对质子和一对中子聚集在一起——并且称一下,您将得到 4.00153 单位的质量。 然而,单独称量每个原子,总和将为 4.03188 个单位。
根据方程“能量=质量x光速的平方”(是的,那就是E=mc2),质量的差异也是能量的差异。 结合在一起的粒子集合所具有的能量比它们分开时要少。 因此,当它们合并时,多余的能量就会释放到世界上。
这种能量在太阳深处形成,慢慢地到达表面,以电磁辐射或阳光的形式发出。
在地球上,物理学家和工程师一直在开发各种设备这可以帮助我们捕获和利用核聚变释放的能量。 当他们成功时,您一定会听到。
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