地球上的能量.doc

地球上的能量,无论是以矿石燃料,风力,水力还是动植物的形式储存起来的,最终的来源都是太阳:矿石燃料是由千百万年前的动植物演变而来的,而动植物(无论是今天的还是以前的)的能量最终是要来源于食物链底端的植物的光和作用所储存的太阳能;风的起因是由于太阳对大气的加热造成的冷热不均;水力的势能一样要靠太阳的加热使处于低平位置的水体蒸发,上升,再以降水形式被“搬运”到较高位置,从而形成势能。因此,无论人类利用这其中哪一种能源,归根结底都是在利用太阳能,而太阳的能量则是来源于核聚变,因此,人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法,就等于掌握了太阳的能量来源,就等于掌握了无穷无尽的矿石燃料,风力和水力能源,一些人鼓吹的现代工业将因为没有能量来源而走向灭亡的观点也就破产了。因此,可控核聚变反应堆当之无愧地被称作“人造太阳”。我国在可控核聚变技术方面处于世界领先地位,最近即将开始运行的EAST反应堆是世界上第一个达到实用工程标准的反应堆,如果能够成功运行,那么,可控核聚变的商业发电的时日久不远了。在此,转载一篇介绍关于可控核聚变知识以及我国在这方面成就的文章,作者为中科院负责科技政策的人员:说说受控核聚变这件事核聚变首先,大家都知道,合肥的人造太阳的目的就是进行受控核聚变的研究,这个不多说了,先说说受控核聚变这件事情吧。1939年,美国物理学家贝特通过实验证实,把一个氘原子核用加速器加速后和一个氚原子核以极高的速度碰撞,两个原子核发生了融合,形成一个新的原子核——氦外加一个自由中子,。这就是太阳持续45亿年发光发热的原理。早在1933年,核聚变的原理就被提出,而5年后,改变世界格局的核裂变才被发现。核聚变反应堆的原理很简单,很好理解,只不过实现起来对于当时的人类技术水准,几乎是不可能的。第一步,作为反应体的混合气必须被加热到等离子态——也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚,原子核能自由运动,这时才可能使得原子核发生直接接触,这个时候,需要大约10万摄氏度的温度。第二步,为了克服库伦力,也就是同样带正电子的原子核之间的斥力,原子核需要以极快的速度运行,得到这个速度,最简单的方法就是——继续加温,使得布朗运动达到一个疯狂的水平,要使原子核达到这种运行状态,需要上亿摄氏度的温度。然后就简单了,氚的原子核和氘的原子核以极大的速度,***裸地发生碰撞,产生了新的氦核和新的中子,释放出巨大的能量。经过一段时间,反应体已经不需要外来能源的加热,核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要氦原子核和中子被及时排除,新的氚和氘的混合气被输入到反应体,核聚变就能持续下去,产生的能量一小部分留在反应体内,维持链式反应,大部分可以输出,作为能源来使用。看起来很简单是吧,只有一个问题,你把这个高达上亿摄氏度的反应体放在哪里呢?迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构,更不要说上亿摄氏度了。这就是为什么一槌子买卖的氢弹已经制造了50年后,人类还没能有效的从核聚变中获取能量的唯一原因。好了,人类是很聪明的,不能用化学结构的方法解决问题,我们就用物理的试验一下。早在50年前,两种约束高温反应体的理论就产生了,一种是惯性约束。这一方法把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内,然后从外面均匀射入激光束或粒子束,球面内层因而向内挤压。球内气体受到挤压,压力升高,温度也急剧升高,当温度达到需要的点火温度时,球内气体发生爆炸,产生大量热能。这样的爆炸每秒钟发生三四次,并持续不断地进行下去,释放出的能量就可以达到百万千瓦级的水平。这一理论的奠基人之一就是我国著名科学家王淦昌。另一种就是磁力约束,由于原子核是带正电的,那么我的磁场只要足够强大,你就跑不出去,我建立一个环形的磁场,那么你就只能沿着磁力线的方向,沿着螺旋形运动,跑不出我的范围,而在环形磁场之外的一点距离,我可以建立一个大型的换热装置(此时反应体的能量只能以热辐射的方式传到换热体),然后再使用人类已经很熟悉的方法,把热能转换成电能就是了。苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的这种方法相对于惯性约束,目前世界受控核聚变研究,主要集中在这个领域上。托卡马克实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年,在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。貌似很顺利吧?其实不然,要想能够投入实际使用,必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行,我们称作能量增益因子——Q值。当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西,搞了十几年,也没有得到能量输出,直到1970年,前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际