能源是一個(gè)文明發(fā)展的根基,沒(méi)有能源,文明無(wú)法進(jìn)步,人類(lèi)也將無(wú)法生存。我們現(xiàn)在利用的能源還是地球在很久以前由動(dòng)植物演變而來(lái)的煤炭,石油,天然氣等,可是這些能源有用盡的一天,而且這些能源隨著人類(lèi)科技的不斷進(jìn)步,越來(lái)越無(wú)法滿(mǎn)足科技進(jìn)步的需求。
人類(lèi)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始探索宇宙,傳統(tǒng)的礦石燃料等無(wú)法滿(mǎn)足人類(lèi)探索宇宙的需求,人類(lèi)要想實(shí)現(xiàn)宇宙大探索,人類(lèi)文明真正進(jìn)行星際文明,必須要研究出新的更強(qiáng)的能源才行。宇宙中有非常高大上的能源,那就是反物質(zhì),可是反物質(zhì)對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)太遙遠(yuǎn)了,現(xiàn)在只是處于理論階段,離真正實(shí)現(xiàn)利用可能沒(méi)有上千年的時(shí)候是不可能的。
但是人類(lèi)的發(fā)展等不了上千年,我們需要尋找到新的能源才行,科學(xué)家把目標(biāo)放到了可控核聚變。人類(lèi)第一次認(rèn)識(shí)核能的巨大威力是在第二次世界大戰(zhàn),它的巨大破壞力震撼了人們的心靈,原子彈利用的是核裂變,核裂變現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商用化,但是裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少,而且常規(guī)裂變反應(yīng)堆會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)壽命放射性較強(qiáng)的核廢料,這些因素限制了裂變能的發(fā)展。
核聚變我們知道的是氫彈,它的威力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于原子彈,核聚變是兩個(gè)較輕的原子核聚合為一個(gè)較重的原子核,并釋放出能量的過(guò)程。自然界中最容易實(shí)現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素——氘與氚的聚變,這種反應(yīng)在太陽(yáng)上已經(jīng)持續(xù)了50億年??煽睾司圩兯追Q(chēng)人造太陽(yáng),因?yàn)樘?yáng)的原理就是核聚變反應(yīng)。人們認(rèn)識(shí)熱核聚變是從氫彈爆炸開(kāi)始的??茖W(xué)家們希望發(fā)明一種裝置,可以有效控制“氫彈爆炸”的過(guò)程,讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出。
我們都知道恒星的能量是來(lái)源于其內(nèi)部的核聚變,宇宙中有著像太陽(yáng)一樣的無(wú)數(shù)的恒星,因此核聚變?cè)谟钪嬷惺欠浅F毡榈默F(xiàn)象,宇宙從大爆炸那一刻起,核聚變這一宇宙自然規(guī)律就一直存在著,它的能量是巨大的,也是取之不盡的清潔能源。如果人類(lèi)能夠?qū)崿F(xiàn)核聚變的可控,將其利用起來(lái),那人類(lèi)將不會(huì)再為能源發(fā)愁,而且也能有效地保護(hù)環(huán)境,人類(lèi)文明也將實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展。
理論上,可控核聚變是可行的,但它想實(shí)現(xiàn)可控,需要面臨一個(gè)重大的難題,那就是開(kāi)啟核聚變需要數(shù)十億度的高溫,如此高的溫度,核聚變釋放出的巨大能量會(huì)破壞其約束裝置,因此想要將核聚變的能量約束起來(lái),需要能耐得住幾十億度高溫的材料,這是對(duì)人類(lèi)的一大挑戰(zhàn)。
核聚變的原理是輕元素和輕元素的結(jié)合形式較重元素并釋放巨大能量的過(guò)程。實(shí)踐中上只要鐵元素以下的元素都可以發(fā)生核聚變。輕元素們的結(jié)合勢(shì)必會(huì)釋放帶電粒子和中子(等離子體),這些帶電粒子以高速運(yùn)動(dòng),并且運(yùn)動(dòng)軌跡并不受控制,他們?cè)诩s束裝置中“暈頭轉(zhuǎn)向”的亂撞,約束裝置的“墻壁”每時(shí)每刻都得經(jīng)受住高能粒子的撞擊。以可控核聚變裝置中最常見(jiàn)的托卡馬克環(huán)為例,高能粒子會(huì)撞擊到托卡馬克環(huán)的壁部,并產(chǎn)生學(xué)名為邊緣局部模式的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重的損壞托卡馬克環(huán)的墻壁。
目前以人類(lèi)的科技還無(wú)法研制出能夠經(jīng)受住每秒數(shù)億次的高能粒子的撞擊的裝置,所以人類(lèi)在開(kāi)啟可控核聚變的時(shí)候也必須要警惕這些高能粒子對(duì)裝置的破壞,這也導(dǎo)致了可控核聚變的持續(xù)時(shí)間不能太長(zhǎng)。2013年中國(guó)科學(xué)院在合肥進(jìn)行的人造太陽(yáng)實(shí)驗(yàn)持續(xù)了100秒也算是很前沿了。
日前,美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家研發(fā)出了一種新的技術(shù),用于減少聚變反應(yīng)中等離子體的不穩(wěn)定性。科學(xué)家們采用了一種新的技術(shù),那就是漣漪擾動(dòng)法,就像是水波的漣漪一樣。
漣漪擾動(dòng)法學(xué)名為共振磁擾動(dòng)(RMPs),這是通過(guò)的小磁波來(lái)擾亂等離子體。這種波動(dòng)可以扭曲等離子體的方向,減輕等離子體對(duì)裝置的破壞。在最極端的情況下,這種擾動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致終止等離子體對(duì)裝置的嚴(yán)重破壞。就這樣,漣漪擾動(dòng)法可以大幅度提高可控核聚變的持續(xù)時(shí)長(zhǎng)。
可能很多人認(rèn)為可控核聚變的實(shí)現(xiàn)可以讓人類(lèi)實(shí)現(xiàn)取之不盡的清潔能源,那個(gè)時(shí)候人類(lèi)不用愁電不夠用,電費(fèi)也會(huì)非常便宜,人類(lèi)的生活將會(huì)更加美好。但這僅僅是可控核聚變的一個(gè)很小的民間應(yīng)用,它更大的用處是在宇宙探索中。
我們知道,人類(lèi)現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始探索宇宙,但宇宙浩瀚無(wú)邊,距離是以光年來(lái)計(jì)算的,以我們現(xiàn)有的宇宙飛船的速度,想要走出太陽(yáng)系恐怕也需要上萬(wàn)年的時(shí)間(1光年的距離),這個(gè)速度實(shí)現(xiàn)是太慢了,而想要初步進(jìn)行宇宙探索,人類(lèi)文明真正進(jìn)行進(jìn)入星際文明,速度初步要達(dá)到亞光速才行。
可是要實(shí)現(xiàn)亞光速必須要有更強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)才行,這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)就是核聚變發(fā)動(dòng)機(jī),當(dāng)人類(lèi)可控核聚變實(shí)現(xiàn)后,我們可以制造出核聚變發(fā)動(dòng)機(jī),這樣宇宙飛船的速度就會(huì)有飛躍式的提升,達(dá)到初步的亞光速,有了這個(gè)速度,人類(lèi)走出太陽(yáng)系也就沒(méi)有問(wèn)題了,人類(lèi)的太空探索區(qū)域擴(kuò)展到太陽(yáng)系外對(duì)人類(lèi)太重要了,不僅是可以探索到更遠(yuǎn)的宇宙空間,更可以去太陽(yáng)系外探尋地外生命的存在,有可能那個(gè)時(shí)候人類(lèi)就可能和地外文明接觸上。
當(dāng)然,核聚變發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力遠(yuǎn)不止這個(gè),隨著人類(lèi)對(duì)可控核聚變的進(jìn)一步研究和提升,速度還可以由亞光速提高到光速,那對(duì)人類(lèi)的太空探索又將是一次質(zhì)的飛躍,而且核聚變還可以為飛船的日常航行提供充足的能源,更能保證未來(lái)人類(lèi)進(jìn)行外星移民所需要的能源保障。
由此可見(jiàn),可控核聚變對(duì)人類(lèi)太重要了,如果人類(lèi)能被實(shí)現(xiàn),至少會(huì)讓人類(lèi)文明一夜間前進(jìn)幾百年,讓人類(lèi)文明一躍成為真正的星際文明,星際移民也將不再是大問(wèn)題,地球的環(huán)境也會(huì)得到巨大改善,人類(lèi)正在向著這個(gè)方向努力,相信人類(lèi)離可控核聚變的實(shí)現(xiàn)不會(huì)太遠(yuǎn),我們期待著這一天的到來(lái)。