什么是核裂变技术?为什么核聚变比核裂变更清洁?
核裂变技术,即把一个重核分裂成两个或两个以上质量更小的原子,在这个过程中会释放能量。
核电站往往采用铀裂变,用中子撞击铀原子,使铀原子释放中子,再撞击其他原子,从而形成连锁反应,释放出巨大的能量。
核裂变和核聚变是两种截然相反的技术。核裂变是重原子分裂成质量更小的原子,而核聚变是质量更小的原子聚合成更重的原子。原子核的变化会释放能量。
核裂变技术的可控性更简单。因为优质元素有半衰期,核电站通过施加适当的外力可以逐渐形成核裂变,从而产生能量。核电站也在很多地方得到了普及。
但是核裂变技术需要使用较重的原子作为燃料,这些原子往往具有放射性。所以核电站虽然能产生巨大的能量,但是燃料反应堆风险很大。
核聚变技术也能产生巨大的能量,但只能在超高温超高压下产生。虽然中国、韩国等国家在核聚变实验上取得了突破,但人类还没有实现可控核聚变。
核聚变所需的燃料是氢或其他轻核,是地球上取之不尽的资源。利用海水可以为核聚变提供充足的能量。
但是核聚变需要巨大的压力和超高温才能实现。太阳本身压力大,内部温度高,可以直接产生氢氦核聚变。核聚变技术是模仿太阳内部的核能反应,所以核聚变技术也被称为“人造太阳”。
可控核聚变是人类寻找清洁能源的重要途径,但在地球上,很难产生类似太阳的内部高压,所以科学家只能通过提高温度来实现超高温和核聚变反应。
目前核聚变的反应温度基本控制在1亿摄氏度,不能被物体携带。因此,核聚变反应都是利用等离子体进行的,并受到磁场的约束。
中国东方Hyperloop一直是核聚变反应的重要领导者,在10亿摄氏度下运行时间为10秒,长期保持世界纪录。然而,2021年底,韩国核聚变研究中心宣布,韩国等离子体在10万摄氏度下运行了20秒,从而打破了纪录。
尽管核聚变反应的时间一直在增加,但仍然缺乏实现可控核聚变的关键突破。
如果将来我们能实现可控核聚变,我们就能逐渐摆脱对化石燃料的依赖。核聚变的燃料非常干净,只会产生更重的元素。
太阳的核聚变反应最多会产生铁,人类的人造太阳也可以停止,从而实现整个过程非常干净的巨大能源站。
核裂变技术是我们经常听到的核电站技术。通过核裂变,释放出巨大的能量,但是核裂变的燃料是高放射性的。
核聚变技术是目前正在研究的“人造太阳”,模仿太阳的反应,为人类提供清洁充足的能源。