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其实一直以来人类都在研究如何从海水中提取聚变材料,相比遥远的太阳和木星,海水中的氘核才是最理想的可开采对象。
在地球海水中,拥有数百万亿吨的氘核,如果这些氘核通过核聚变给人类提供能源,那么以人类以前的能源消耗量足够人类使用上亿年之久。
氢有三种同位素“氕氘氚”,每种同位素都能发生核聚变反应,但是所需条件相差极大:
氕核的核聚变条件是最高的,氘核与氚核发生聚变的条件最低,所以可控核聚变的材料也是氘核与氚核,氢弹也是利用这个反应,反应方程式为:
3H+2H→4He+n,ΔE=14.6MeV;
在大自然中,氢主要以氕核的形式存在,氘核的含量为0.02%,氚核更是低到10^-15%,而且氚核的半衰期不长,只有12.5年。
于是可控核聚变技术的关键之一,就是提取氘核与氚核,氘核可以直接从海水中提取,地球海水总量大约为1.4*10^18吨,于是海水中的氘核含量大约为2.7*10^14吨(270万亿吨)。
考虑氘核萃取不可能达到100%,海水中也存在数十万亿吨的氘核可供人类使用。
氚核在海水中的含量太低,只能通过其他方式获得,目前最主要的方法,是利用反应堆中释放的中子,和锂碰撞产生,反应方程式为:
Li+n→4He+3H;
但是锂属于稀有金属,地壳中可供人类开采的只有大约为400万吨,这个根本不足以用来开采海水中的聚变材料。
而且使用锂原子置换法成本太高了,所以铁憨憨才会研究用超离子冰结晶法来提取聚变材料。
当然如果人类的技术进一步发展,能够解决重核聚变条件问题,那么海水中的氢元素就都可以用来进行核聚变,那么以人类目前发现的水源,就足以实现能源永不枯竭的未来。
《流浪地球2》中,人类计划给地球安装上万座巨大的行星发动机,推动地球离开太阳系,这些发动机就是重核聚变行星发动机。
影片中最引人注目的重核聚变行星发动机,全球布置上万台,每台发动机的高度比珠峰朗玛峰还高2.2公里,单台发动机能提供150亿吨的推力。
电影中呈现的重核聚变,是将石头中所包含的重元素进行核聚变反应,也就是所谓的“烧石头”,理论上的确有可行性,但是实际利用起来,以现在的技术手段是不可能的。
重核聚变是采用硅等元素作为聚变原料,首先要克服原子核之间的静电斥力。
众所周知,越重的原子核所带电荷越多,越难以产生聚变。
因此目前人类使用的主要的聚变材料就是氢的两个同位素——氘和氚。
绝大多数恒星的主要聚变材料也是氢(当恒星内部的氢燃料逐渐耗尽后,如果恒星的质量足够大、温度和压力等条件合适,氦也会作为聚变材料参与反应)。
为什么会这样呢?
原因非常简单,氢元素作为宇宙的最基本元素之一,是最容易获取的元素,所以未来的能源发展方向绝对不是什么重核聚变,而是如何更好的发展氢核聚变。
更重要的还是,使用氢核聚变的成本最低。
成本低就意味着可以用氢核聚变来制造反物质,那么更高层次的能源材料也就制造出来了。
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