自從人類祖先離開樹上,直立行走以來,能源的使用方式似乎一直沒有太大的改變。無論是古代的鉆木取火,還是近代以來的石油和天然氣,這些能源本質(zhì)上都屬于化學能,通過破壞燃料的化學鍵來獲得能量。電能的產(chǎn)生更是通過簡單粗暴的方法,類似于燒開水一樣的方式來實現(xiàn)。然而,隨著核能的發(fā)現(xiàn)和利用,人類終于打開了一扇新的能源之門。
與化學能相比,核能的能量密度高出許多。相對于在分子層面上破壞化學鍵的化學能,核能根植于原子層面,能夠釋放更加徹底的能量。盡管人類目前只掌握了入門級別的可控核裂變技術(shù),其能量釋放遠遠超過核裂變,但真正體現(xiàn)核能威力的是核聚變。
天空中的太陽是最好的例子。太陽靠著內(nèi)部氫元素核聚變的能量,已經(jīng)釋放了50億年的光和熱。如果人類能夠掌握可控核聚變技術(shù),就相當于制造了一個小太陽。依靠這個無盡的光和熱源,人類可以釋放幾乎無限的電能。永不枯竭的可控核聚變小太陽將成為未來太空開發(fā)和星際航行的必備能源。
核聚變的能量密度有多大,以傳統(tǒng)的火力發(fā)電站為例,為了年發(fā)電量達到100萬千瓦,大約需要耗費200萬噸煤來燒開水。而同樣的發(fā)電量下,核裂變發(fā)電廠只需要30噸核燃料來燒開水。更令人驚嘆的是,如果是核聚變發(fā)電廠,僅需要0.6噸聚變?nèi)剂暇湍軐崿F(xiàn)發(fā)電100萬千瓦的目標。
地球海水中的氫元素以及氫元素的三種同位素氕、氘、氚都可以作為核聚變的燃料。每升海水中含有約0.03克氘,在全球海洋儲水量高達13.8億立方千米的情況下,其中蘊含的聚變?nèi)剂献銐蛉祟愇拿魇褂脭?shù)萬年。這不僅可以從根本上解決能源問題,還能避免對地球環(huán)境的污染。
在能源空前富裕之后,即使存在大量損耗,無線供電也將成為可能。整個地球?qū)⒈浑娔軋龌\罩,電能將無處不在,任何用電設備都能隨時接收電力,再也不需要充電。
比地球海洋中的氫更適合做核聚變?nèi)剂系模沁h在38萬公里外的月球上的氦3。各國前往月球的目的主要就是為了獲取氦3。在核聚變過程中,氦3不會產(chǎn)生任何輻射。據(jù)估計,僅在月表的月壤中就存在超過100萬噸的氦3。未來無論是將其運回地球用于家庭能源補充,還是直接在月球上建立核聚變發(fā)電廠,都將成為可能。
要實現(xiàn)可控核聚變并利用其作為主要能源來源,仍面臨著許多挑戰(zhàn)。目前的可控核聚變技術(shù)仍處于實驗室階段,離商業(yè)應用還有一段距離。其中最大的挑戰(zhàn)之一是如何實現(xiàn)高溫、高密度的等離子體控制,以及如何建造能夠承受極端條件的反應堆壁材料。此外,核聚變反應所需的能量投入目前還遠遠高于能量輸出,需要解決能量盈余的問題。
盡管存在這些挑戰(zhàn),國際上仍在進行大量的研究和實驗,以推動可控核聚變技術(shù)的發(fā)展。多個國家和地區(qū)都在建設和運營核聚變實驗裝置,如國際熱核聚變實驗反應堆(ITER)項目。ITER是迄今為止規(guī)模最大的核聚變實驗裝置,旨在驗證可行性并解決核聚變技術(shù)的關鍵問題。
除了可控核聚變,其他形式的清潔能源也在不斷發(fā)展。太陽能、風能、生物能等可再生能源正在得到廣泛應用,并在一定程度上減少對傳統(tǒng)化石燃料的依賴。這些清潔能源的發(fā)展與利用將對減少碳排放、緩解氣候變化產(chǎn)生積極影響。
可控核聚變作為能源領域的一個潛在未來選擇,具有巨大的潛力。它能夠提供大量的清潔、高效、可持續(xù)的能源,為解決能源需求和環(huán)境問題做出重要貢獻。盡管還面臨著許多技術(shù)和工程上的挑戰(zhàn),但持續(xù)的研究和發(fā)展將有助于我們更好地利用核聚變的能量,開啟人類的未來。