基础物理学还需要革命,100年了,还是在研究核聚变,还是用几十年前的托克马克装置,很可能走进了死胡同,就像古人用了几千年的火一样,无论怎么用都用不出电的效果。
截止2017年全球核电站发电量只占总发电量的10.5%。原子能实际上是根据爱因斯坦狭义相对论里的质能方程E=MC^2的原理。现在比较容易实现的是重原子的裂变,用中子去撞击正在裂解的放射性元素原子核就可以引爆原子弹。原料是铀235或钚239,中子撞击原子核后又会放出中子再去撞击其它原子核形成链式核裂变反应。如果原子密度大就是原子弹,密度小就是核电站。
核聚变是两个氢原子核聚集成为一个氦原子核的过程,这个反应所爆发出的能量远大于核裂变,大约相当于核裂变4倍的能量产生。采用的原料是氢的同位素氘和氚。一升海水中储存的氘和氚产生出的能量相当于300升汽油。地球上海水可供人类提供的能量可用几百亿年,这比太阳寿命还要长,几乎可以说是取之不尽用之不竭的能源。更棒的是核聚变不会产生放射性污染,所产生的氦不过是一个毫无危害的惰性气体。氢弹是不可控核聚变,能量一下子就放完了,目前无法控制,所以现在的核电站都是核裂变,由于切尔诺贝利和福岛核电站核泄漏产生的事故对人类危害极大,因此核裂变终究不是理想能源。
安全可控的核聚变几乎可以说是人类追求的终极目标。如果实现,我们日常生活中电能就像空气一样普通,随处可用,化石能源将彻底消失,地球环境也仿佛回到了明朝。不过对于人类而言,可控核聚变更重大的意义是进行星际旅行,地球迟早会毁灭,人类必须寻找新的殖民地。
现在人类还无法通过核聚变来发电,原因就是上亿度的高温高压如同恒星内部环境,这也是为什么说可控核聚变被称作人造太阳的原因。核聚变就是在高温高压下要让单个质子拥有更强动能使两个质子得以暴力冲破电磁斥力的束缚进入原子核强力作用范围内而聚合在一起。
现在研究的核聚变反应装置叫做托卡马克装置,把氢原子剥去电子以离子状态在磁场中高速运动,并用不同方向的磁场使等离子体内部产生电流实现欧姆加热点火。当温度达到后用微波进行能量输入保持超高温状态,同时在强磁场的约束下,保持等离子体不接触容器的内壁。我国在合肥的托卡马克装备去年创造了101.2秒持续核聚变反应的世界纪录。这是目前人类的极限,实现核聚变是一个地狱级难度,绝不是光刻机和航空发动机的技术难度可以比拟的,甚至不排除人类几百年内都无法掌控该技术。如果一旦中国掌握了该技术,那么美国目前建立的所有霸权基础都将顷刻间土崩瓦解,甚至全世界国家马上都会称呼中国为干爹,日本人马上会把核废水喝到肚里也不敢排放到大海。现实世界就是如此残酷,这是一个成王败寇的人类世界。