钢铁侠那种小型核聚变装置,人类何时才能制造出来?

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能量是我们人类的生存与发展的基础,看上去人类的能量来源似乎多种多样,比如说煤、石油、天然气、水力、风力、太阳能、核电等等,但归根结底,除了核电之外,人类所需的所有能量其实都来自太阳,包括我们人类从食物中获取的能量也是如此。

平均每一秒,地球从太阳接收到的辐射能量就有大约1.73 x 10^17瓦,太阳一年传递给地球的能量之和,就相当于人类迄今为止已探明的化石燃料、铀矿等不可再生资源所产生的总能量的大约两倍,而实际上,地球只接收得到太阳总能量的20亿分之1左右。

太阳如此强大的能量,其实是来自于其核心的核聚变反应,正因为如此,可控核聚变也成为了人类梦寐以求的终极能源。虽然人类目前对这方面的研究还处于初级阶段,但在一些科幻作品早已出现了成熟的可控核聚变装置,其中最具代表性的应该就是钢铁侠了。

众所周知,钢铁侠拥有一个小型核聚变装置,目测直径不超过10公分,根据相关介绍,该装置每秒钟能输出高达30亿焦耳的能量,从而为钢铁侠的神通广大打下了坚实的基础。

钢铁侠那种小型核聚变装置,人类何时才能制造出来呢?

人类何时才能制造出钢铁侠那种小型核聚变装置?对此我们似乎可以认为,在人类目前研究的可控核聚变装置技术成熟之后,再将其小型化,就可以制造出钢铁侠那种小型核聚变装置了,但实际情况却并非如此,为什麽呢?且看以下分析。

核聚变的原理其实很简单,那就是想办法将质量较轻的原子核「捏」在一起,使之聚变成质量较重的原子核(在这个过程中会有少量的质量会直接转化成能量)。

道理很简单,做起来就难了,毕竟我们并没有能够「捏」住原子核的「手」,当然了,太阳也没有,那太阳是怎麽进行核聚变的呢?答案就是高温和高压,高温能够使原子核的动能更高,高压则能使原子核更加密集,当达到一定程度时,就可以点燃核聚变。

人类目前正在研究的可控核聚变装置採用的正是太阳的这种机制,当装置运行时,其中的等离子体温度可达上亿摄氏度,如此的高温是任何已知的材料都无法承受的,因此人们只能用强大的磁场对其加以束缚,而强大的磁场又需要超导材料,超导材料又需要超低温。

(图为ITER托卡马克聚变堆)

一方面要保持装置内侧的超高温,一方面又要保持装置外侧的超低温,其中难度可想而知,所以这种装置的体积也就很大,想要将其缩小成钢铁侠那种直径不超过10公分小型核聚变装置,根本就是不可能的事。

也就是说,钢铁侠的小型核聚变装置只能在常温(或者温度不太高)的情况下点燃核聚变,而这也被称为「冷核聚变」。

在过去的日子裡,还真的有人提出过冷核聚变,例如南安普敦大学的化学系教授马丁·弗莱西曼(Martin Fleischmann)和犹他大学的化学系主任斯坦利·庞斯(Stanley Pons)就在1989年公开宣称,他们在利用金属钯来电解重水的实验中,观测到了冷核聚变的现象。

钯(Pd)是46号元素,单质为金属,其原子晶格的基本结构如上图所示,弗莱西曼和庞斯认为,在用钯来电解重水的过程中,重水电解后生成的氘就会在电流的驱动下被大量地「塞」进金属钯的原子晶格中,从而发生核聚变反应。

遗憾的是,在后续的大量重複实验中,研究人员均未观测到可以确定的冷核聚变现象,因此弗莱西曼和庞斯的研究并没有得到科学界的认可。

在此之后,陆续又有人提出多种实现冷核聚变的理论,例如在富氢环境中加热金属粉末、在氘气中利用脉衝放电制造等离子体,然后让其轰击钯电极等等,虽然时不时地有人声称在实验中实现了冷核聚变,但是却无一例外地拿不出令人信服的证据。

综上所述,人类目前根本就找不到实现冷核聚变的方法,而人类目前正在研究的可控核聚变装置的体积又无法大幅度地缩小,因此可以说,至少在可见的未来裡,人类都无法制造出钢铁侠那种小型核聚变装置,它只能存在于科幻作品之中。

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2 条回复 A文章作者 M管理员
  1. 天文萌新

    有可能

  2. 天文萌新

    100年吧

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