核聚变是一种在极高温度和压力下,轻原子核融合成较重原子核的过程。
核聚变是宇宙中最基本的能量释放过程之一,它发生在恒星内部,是恒星维持其高温和亮度的能量来源。在地球上的实验室中,科学家们也在尝试模仿这种自然现象,以实现可持续的清洁能源。
在核聚变过程中,两个轻的原子核(如氢的同位素氘和氚)在极高的温度和压力下克服它们之间的静电斥力,相互碰撞并融合成一个较重的原子核(如氦核),同时释放出大量的能量。这个过程之所以能够释放能量,是因为在融合过程中,原子核的总质量小于形成的新原子核的总质量,质量亏损转化为能量,按照爱因斯坦的质能方程E=mc²计算。
核聚变的条件非常苛刻,需要极高的温度(数百万甚至数亿摄氏度)和压力,这些条件在地球上难以自然形成。因此,科学家们利用磁场约束技术,如托卡马克和激光惯性约束聚变,来模拟和实现核聚变反应。
核聚变被认为是一种几乎无限的清洁能源,因为它使用的燃料(如氘和氚)在地球上相对丰富,而且聚变反应不产生长寿命的放射性废物。然而,实现可控的核聚变反应仍然是一个巨大的挑战,目前全球的研究机构都在努力克服技术难关,以期在未来实现核聚变能源的商业化。
1. 托卡马克:一种利用磁约束实现核聚变的装置,其名称来源于“toroidal plasma confinement”的缩写。
2. 激光惯性约束聚变:使用激光束聚焦到燃料靶上,产生极高的温度和压力,引发核聚变反应。
3. 核聚变能源的优势:核聚变燃料丰富,能量密度高,产生的放射性废物少,是一种理想的未来能源。