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人造太阳是核聚变还是核裂变,人造太阳的原理(中国“人造太阳”成功突破1000秒)

百科 2026-02-13 12:48:04 投稿 阅读:2056次

关于【人造太阳是核聚变还是核裂变】,人造太阳的原理,今天小编给您分享一下,如果对您有所帮助别忘了关注本站哦。

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  • 1、又一项世界纪录!中国“人造太阳”成功突破1000秒,它有什么用?
  • 2、人造太阳是核聚变还是核裂变:人造太阳的原理

1、又一项世界纪录!中国“人造太阳”成功突破1000秒,它有什么用?

根据报道,近日中国的“人造太阳”又创下了一项新的世界纪录,因为它目前的运行时间,已经达到了1056秒,这也意味着,人类朝着“可控核聚变”又更近了一步。

人造太阳是核聚变还是核裂变,人造太阳的原理(中国“人造太阳”成功突破1000秒)

那么,什么是“人造太阳”?它又有什么用呢?","content"

“人造太阳”,全名为国际热核聚变实验堆,它是一项国际联合的科研项目,主要作用,就是为人类提供出不会枯竭的,也不会对环境造成任何污染的新型能源。

在2006年,我国也加入了这个国际合作项目,并且还在我国安徽,建造了核聚变实验装置——EAST,这也是目前世界上领先的核聚变实验装置,并且多次打破世界纪录。

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那么 ,这项核聚变实验装置,它的主要原理是什么呢?简单来说,就是模仿太阳的运行原理,从而探索核聚变能源在人类世界中的应用。

提到太阳,我们都知道,作为一颗恒星,它本身就是在不断释放热量,从寿命来看,太阳大约可以稳定运行100亿年左右,然而,对于人类来说,太阳每秒释放出来的热量,却并不是全部抵达了地球,而是大多消散到了太空之中。

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所以,多年来,一直都有很多研究者认为,如果人类可以将太阳释放出的能量全部采集,那么,人类也就不愁没有资源用了,但是,对于现阶段的人类来说,我们是做不到的,因此,我们就只能在地球上,先制作一个“人造太阳”出来。

原理和太阳内部核聚变的过程是大同小异,由于它的主要原料是来自于海水,这也就相当于是纯绿色环保的,同时也是取之不竭的,自然,这对于人类来说,相当于是能源史上的全新突破,一旦成功了,也将推动人类文明,进入到全新阶段。

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那么,核聚变是核裂变的区别是什么?为何人类不使用核裂变能源?","content"

在很多科幻作品中,都曾经预示了“核能”的重要性。比方说《星际穿越》中,主角们离开地球,去寻找新家园的过程中,所搭乘的太空飞船,它的动力来源就是核聚变。

从这里我们可以看出,对于人类来说,核能就是人类的终极能源,不过,核能也是分为很多种形式——核裂变、核聚变和核衰变,目前人类比较熟悉的,而且已经应用的,就是核裂变,比方说在二战期间美国制造的原子弹,再加上目前很多国家都已经建立的核电站,这都属于核裂变。

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所以,虽然核裂变能源是人类最早应用的核能资源,但是,它却并不适合长期使用,于是,科学家们才会去研究核聚变能源,因为虽然都是核能,但是核聚变能源却是没有任何危害性的,是真正的清洁能源。

而且由于它的主要原料来源是海水,这也意味着,至少100亿年内,人类是不需要为能源不足等问题发愁的,这是什么概念呢?按照太阳运行的规律来看,人类最多还能在地球上生存10亿年左右,相当于人类离开地球那一天,都不需要再为能源问题担心了。

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那么,人类何时才能正式使用核聚变能源呢?","content"

根据我国“人造太阳”的研发预测,大约在2050年左右,我国的“人造太阳”就可以投入商用了,也就是说大概还需要30年左右的时间。

当然,这也只是预测而已,因为核聚变能源还有一个关键,就是“可控”,人类如果无法研发出可控核聚变,那么,也就无法真正让核聚变能源成为人类的终极能源。

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那么,什么是“可控”核聚变呢?简单来说,就是能量的释放人类是可以控制的,这样一来,也就不用担心能量不足,或者是能量释放太大。

所以,目前的研发难点,也就是集中在“可控”二字上,那么,何时才能让“可控”不再成为难题呢?在刘慈欣的《三体》中,刘慈欣提到,人类在22世纪的时候,才终于搞定了可控核聚变,并且还将这项技术用在了太空飞船上,人类也能因此达到了光速的15%,从而有机会离开太阳系。

人造太阳是核聚变还是核裂变,人造太阳的原理(中国“人造太阳”成功突破1000秒)

虽然是科幻作品,不过刘慈欣说出的,也是很多科学家的心声——人类是很难在本世纪成功的,这也意味着,可能至少还有百年的时间要去等待了,你怎么看?

欣提到,人类在22世纪的时候,才终于搞定了可控核聚变,并且还将这项技术用在了太空飞船上,人类也能因此达到了光速的15%,从而有机会离开太阳系。

人造太阳是核聚变还是核裂变,人造太阳的原理(中国“人造太阳”成功突破1000秒)

虽然是科幻作品,不过刘慈欣说出的,也是很多科学家的心声——人类是很难在本世纪成功的,这也意味着,可能至少还有百年的时间要去等待了,你怎么看?

2、人造太阳是核聚变还是核裂变:人造太阳的原理

人造太阳的原理

人造太阳本质是可控核聚变。

核反映分为两种:核裂变(fission)和核聚变(fusion)。所有的核反应,质子数都是守恒的。

核裂变是指讲一个原子分裂成许多原子,比如铀原子裂解成氪原子和钡原子(n+U→Kr+Ba+3n,n表示中子)这个过程中可以放出能量(只有在铁以后的元素裂变后放出的能量大于裂变所需要的能量,也就是说铁以后的元素进行核裂变才有意义)。目前人类掌握可控核裂变的能力,核电站便是其应用。

核聚变是指将不同的原子结合到一起变成一个原子,比如氢的两个同位素

氘氚结合形成氦原子(D+T=He+n,其中n表示中子,D表示氘,T表示氚)这个过程中同样可以放出能量(只有在铁以前的元素聚变后放出的能量大于聚变所需要的能量,也就是说铁以前的元素进行核聚变才有意义)。核聚变不会产生辐射污染。人类目前不掌握长时间可控核聚变的能力。氢弹是核聚变,确实不可控核聚变,而且氢弹需要原子弹(原理是核裂变放出大量能量)的爆炸进行引爆(这也是为什么虽然核聚变不会产生辐射污染,但是氢弹的引爆还是会产生辐射污染的原因)。太阳也是核聚变。为什么人类掌握了原子弹很快就造出了核电站,研究出了氢弹却迟迟做不出可控核聚变呢?

因为核聚变需要在极高的温度下才能够进行,核聚变的反应基本步骤如下:

把反应所需要的混合气体加热到等离子态,使原子核和电子能够自由移动,大约需要十万摄氏度。

继续加热使原子核加速运动,从而在与其它原子核碰撞时结合成一个更大的原子核,需要上亿摄氏度。

没了。

听上去好像挺简单,但是在哪有能够承受上亿度的材料来做反应堆呢?

打个比方,核反应就像一个稳定的投资,方案A:投资10万,回报100万;方案B:投资1亿,回报1000亿;A方案就相当与核裂变,B方案相当于核聚变;听上去B方案多划算,赚的又多,回报率又高,但是关键是你没有1亿啊。

感谢全世界科研工作者的努力,现在已经有很多可行的思路。

最早的著名方法是"托卡马克"(TOKAMAK)型磁场约束法(也是现在最主流的方法)。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场,把等离子体

约束在很小范围内使机器设备不需要直面上亿摄氏度的反应以实现上述三个条件。目前已经可以成功运行,但是运行时间极短远达不到应用的地步。我国大型托卡马克

装置"东方超环"EAST,维持上亿摄氏度运行10秒。这已经是目前世界上最好的成绩,但离应用还有很长的路要走。而且按照现有的技术水平,要建立托卡马克型核聚变装置,需要几千亿美元。

另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发,受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力

,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样,小球内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度(大概需要几十亿度)时,小球内气体便发生爆炸,并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万亿分之一秒)。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百万千瓦级的`发电站。 原理上虽然就这么简单,但是现有的激光束或粒子束

所能达到的功率,离需要的还差几十倍、甚至几百倍,加上其他种种技术上的问题,使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。

尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服,但其美好前景的巨大诱惑力,正吸引着各国科学家在奋力攀登。

人造太阳的原理

人造太阳本质是可控核聚变。

核反映分为两种:核裂变(fission)和核聚变(fusion)。所有的核反应,质子数都是守恒的。

核裂变是指讲一个原子分裂成许多原子,比如铀原子裂解成氪原子和钡原子(n+U→Kr+Ba+3n,n表示中子)这个过程中可以放出能量(只有在铁以后的元素裂变后放出的能量大于裂变所需要的能量,也就是说铁以后的元素进行核裂变才有意义)。目前人类掌握可控核裂变的能力,核电站便是其应用。

核聚变是指将不同的原子结合到一起变成一个原子,比如氢的两个同位素

氘氚结合形成氦原子(D+T=He+n,其中n表示中子,D表示氘,T表示氚)这个过程中同样可以放出能量(只有在铁以前的元素聚变后放出的能量大于聚变所需要的能量,也就是说铁以前的元素进行核聚变才有意义)。核聚变不会产生辐射污染。人类目前不掌握长时间可控核聚变的能力。氢弹是核聚变,确实不可控核聚变,而且氢弹需要原子弹(原理是核裂变放出大量能量)的爆炸进行引爆(这也是为什么虽然核聚变不会产生辐射污染,但是氢弹的引爆还是会产生辐射污染的原因)。太阳也是核聚变。为什么人类掌握了原子弹很快就造出了核电站,研究出了氢弹却迟迟做不出可控核聚变呢?

因为核聚变需要在极高的温度下才能够进行,核聚变的反应基本步骤如下:

把反应所需要的混合气体加热到等离子态,使原子核和电子能够自由移动,大约需要十万摄氏度。

继续加热使原子核加速运动,从而在与其它原子核碰撞时结合成一个更大的原子核,需要上亿摄氏度。

没了。

听上去好像挺简单,但是在哪有能够承受上亿度的材料来做反应堆呢?

打个比方,核反应就像一个稳定的投资,方案A:投资10万,回报100万;方案B:投资1亿,回报1000亿;A方案就相当与核裂变,B方案相当于核聚变;听上去B方案多划算,赚的又多,回报率又高,但是关键是你没有1亿啊。

感谢全世界科研工作者的努力,现在已经有很多可行的思路。

最早的著名方法是"托卡马克"(TOKAMAK)型磁场约束法(也是现在最主流的方法)。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场,把等离子体

约束在很小范围内使机器设备不需要直面上亿摄氏度的反应以实现上述三个条件。目前已经可以成功运行,但是运行时间极短远达不到应用的地步。我国大型托卡马克

装置"东方超环"EAST,维持上亿摄氏度运行10秒。这已经是目前世界上最好的成绩,但离应用还有很长的路要走。而且按照现有的技术水平,要建立托卡马克型核聚变装置,需要几千亿美元。

另一种实现核聚变的方法是惯性约束法。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内。从外面均匀射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发,受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力

,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样,小球内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升高。当温度达到所需要的点火温度(大概需要几十亿度)时,小球内气体便发生爆炸,并产生大量热能。这种爆炸过程时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万亿分之一秒)。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百万千瓦级的`发电站。 原理上虽然就这么简单,但是现有的激光束或粒子束

所能达到的功率,离需要的还差几十倍、甚至几百倍,加上其他种种技术上的问题,使惯性约束核聚变仍是可望而不可及的。

尽管实现受控热核聚变仍有漫长艰难的路程需要我们征服,但其美好前景的巨大诱惑力,正吸引着各国科学家在奋力攀登。

人造太阳的原理

有一部小说叫《中国太阳》,讲的是农村小伙儿水娃不断奋斗,借助“中国太阳”工程成为深空宇宙开拓者,为人类解决能源问题的故事。

现实中,中国真的有“人造太阳”,而且有两个:一个在安徽合肥西郊“科学岛”上的中国科学院合肥物质科学研究院内,是有着“东方超环”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置(简称EAST);另一个则是位于四川成都中核集团核工业西南物理研究院的中国环流器二号M装置(HL-2M)。

5月28日,“东方超环”再次刷新了世界纪录:在其第98958次放电中,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,是1亿摄氏度20秒原纪录的5倍。这意味着人类让核聚变成为未来清洁新能源的努力,又一次取得了突破性进展,标志着我国在稳态高参数磁约束聚变研究领域将继续引领着国际前沿。

理想的“终极能源” 一旦掌握了核聚变能,人类将实现“能源自由”

煤、石油、天然气,这些人类赖以生存的不可再生能源终有一天将被耗尽。人类面临着严重的能源危机和环境危机。如何从根本上解决这一问题?寻找新能源。

万物生长靠太阳。可以说,太阳是地球最大的能量来源,它的表面温度约6000摄氏度,内核温度约1500万摄氏度,像一个熊熊燃烧的大火球,每秒钟可散发出相当于1亿亿吨煤炭完全燃烧产生的能量。

太阳为什么能产生这么大的能量?因其内部持续不断的核聚变反应。而支撑这种聚变反应的主要原材料氘,在地球上的储量极其丰富。

据测算,从1升海水中提炼出的氘,经核聚变反应后释放的能量相当于300升汽油燃烧的能量。而海洋中蕴藏着约40万亿吨氘,理论上用于聚变反应释放的能量足够人类使用上百亿年,几乎无穷无尽。

由此,模仿太阳聚变反应原理造一个“太阳”,被科学家们认为是解决人类能源危机的最佳方案。

核聚变的原理是由质量较小的原子——如氢的同位素氘、氚,在极高温条件下使核外电子摆脱原子核的束缚,两个原子核相互碰撞聚合,生成新的质量更重的原子核氦,由于质量亏损和质能转换,释放巨大的能量。

“简单来说,地球上‘最容易’实现的氘氚核聚变反应的最终生成物是氦和携带能量的中子,而氦是非常清洁的。”中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的鄢容博士告诉记者,这是一种清洁能源,没有碳排放,没有放射性废料,也不会出现燃料棒熔断的灾难,比风能和太阳能稳定,被认为是一种理想的“终极能源”。“一旦掌握了核聚变能,人类将实现‘能源自由’。”

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