自媒體時評人章天亮教授分析評估了美國科學界成功實現核聚變「歷史性爆炸」,對整個未來人類發展將帶來不可估量的重大影響。
美國核聚變研究獲得重大突破
這兩天最令人關注的新聞是,美國的能源部長格蘭霍姆在12月11日(週日)的時候表示說,將在本周宣布一項重大科學突破。在此之前,《金融時報》有一個報道說,美國一個聯邦實驗室最近在核聚變研究方面取得了一項重大的裡程碑。
這件事情對於未來社會的影響是不可估量的,它是革命性的,它不光是改變地緣政治格局的問題,它對整個未來人類的發展都會起著一種重大的、不可逆轉的影響,而且它影響的範圍之深之廣,恐怕是我們無論如何估計都不為過的。所以這塊我們真的得好好談一談。
英國《金融時報》(Financial Times)11號的時候報道說:位於加州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家們,已經從一個實驗性的核聚變反應堆中實現了淨能量增益。
這是個什麼概念?就是造成核聚變。你要引發核聚變,你需要能量,而核聚變產生的輸出能量,已經比你引發核聚變的能量要大。這就叫做淨能量增益,它實現了核聚變反應中能真正對外輸出能量。是這麼一個關系。報導說,研究人員首次成功地在核聚變反應中產生的能量多於該過程中消耗的能量。
那麼這個核聚變的試驗成功,將是未來能源革命的一個裡程碑性的事件。當然現在還沒有進入商用,但是在實驗室已經成功了。這就是一個裡程碑式的事件。
不知道大家對核聚變是不是了解。大家知道原子核都是帶正電的,電子帶負電,所以電子繞著原子核轉,它是靠電磁力來作為向心力讓電子繞著原子核轉。那原子核是帶正電的,同性相斥,所以原子核跟原子核之間,它會自動把對方排斥開,但是如果有足夠的能量的話,兩個原子核就能夠克服庫倫斥力聚合在一塊,變成一個更大的原子核,這個就叫做聚變。在聚變的過程中會丟失一部分能量,這部分能量會轉換成能量,這就是愛因斯坦的那個智能方程E=mc^2。
舉個例子來說,兩個質量很小的原子,比如說兩個氚原子,就是氫的同位素,大家知道氫是一個原子核一個電子,實際上是一個質子一個電子,這屬於我們平時說的氫原子。那麼氫它有同位素叫做氘,然後還有一個同位素叫做氚。氘除了一個質子之外還有一個中子,氚除了一個質子之外還有兩個中子。這是氫的同位素。
那兩個氘原子在一定的條件下,超高溫和高壓的情況下,會發生原子核相互的聚合,這樣會生成中子和氦,就是氫氦鋰鈹硼那個氦。在這個過程中會釋放出巨大的能量。其實太陽的能源就是這麼來的,就是氫原子聚變變成氦,就是這麼來的。
但是我們剛才談到,如果你要克服原子核的斥力,是需要相當大的能量或者是相當高的溫度才行的。所以一般來說如果你要引發這種核聚變,首先是要先爆炸一顆原子彈,用這個原子彈爆炸的幾百萬度的高溫,去引發氫原子的巨變。所以氫彈在爆炸之前一定是有一個原子彈爆炸,然後引發氫彈的爆炸。
美國的實驗室核聚變是怎麼做到的?
那麼現在科學家在實驗室怎麼能夠去產生這樣大的、這麼高的溫度,怎麼能引發產生這個聚變的溫度呢?它的做法就是用激光照射。勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的核聚變設施是用了兩百台激光器,這個激光器是有三個足球場那麼大,然後把激光聚合起來,用高能量轟擊一個小點去啟動核聚變反應。
所以能源部長格蘭霍姆在美國的周二(12月13日)說要宣布一項重大的科學突破,那麼實際上就是《金融時報》講的事情,說根據他們所了解到的情況,在實驗室裡邊輸入的能量引發核聚變。比如說是1的話,輸出是1.2,產生了120% 的淨能量增益。
這個是過去都沒有發生過的事兒,而且因為用激光照射,所以說是可控的,所以核聚變也就變成可控的了。因此當這個實驗在實驗室成功之後,它的商用就僅僅是一個時間的問題了。
核聚變能源將改變世界的遊戲規則
核聚變被一些科學家認為是未來的潛在能源,因為氫和氦它幾乎不產生廢物,也不產生任何溫室氣體,不產生二氧化碳,所以如果核聚變能源的突破能夠真的商用,它會改變世界的游戲規則。
大家知道為什麼俄烏戰爭的時候,歐盟很多國家像德國、法國、匈牙利等很多國家他們對制裁俄羅斯非常不情願,為啥?因為俄羅斯是對外輸出石油和天然氣的,石油和天然氣就是能源的來源,有了能源你才能夠取暖。
那麼海灣國家,那些伊斯蘭、穆斯林國家,它也是靠出口石油,不論是像阿聯酋、像沙特阿拉伯、像伊拉克之類的,都是靠出口石油,伊朗也是一樣。當他們把握住能源的時候,把握住石油的時候,就掐住了全球的能源命脈。那麼其他別的國家就不太敢真的去制裁他們,因為怕能源的供應中斷。
我們知道這個世界的運行一切都是靠能源的,沒有能源就什麼都沒有。而能源的源頭比如在俄羅斯、在海灣的一些國家,哪怕它是一個恐怖主義國家,像伊朗,那麼在制裁它的時候也是要有一點手軟的,因為你還是要買它的石油。
但是如果通過核聚變發電,這個能源就取之不盡了,因為地球的海水中就有豐富的氘核,海水它基本上是水再加上一些鹽等等之類的,它跟地球的淡水不一樣,那海水中它含有氫同位素氘核,有多少?大概有數百萬億噸。那這種氘核如果通過核聚變給人類提供能源,能夠讓人類維持多久的能源供應呢?大概能夠讓人類維持數十億年之久。
很多人都覺得化石能源,好像是說石油再用六十年就用光了,說煤炭再用兩百年就用光了。但是如果是核聚變產生能源,人類的能源供應就可以源源不斷,而且它完全是清潔能源。那麼這種能源如果供應源源不斷,那人取暖製冷之類的,其實是非常容易的事情。
那麼同時,這其實也會改變地緣政治,剛才說的很多靠出口能源的國家,像海灣國家,像俄羅斯,像委內瑞拉之類的,它們這些國家就全都涼了,因為它的能源出口人家已經不需要了。
人類重大的科學和社會發展都與掌握新能源相聯繫
人類幾次重大的科學和社會的發展,都是跟人類掌握能源有關系。大家知道第一次工業革命是因為什麼?是因為發明了蒸汽機。這個蒸汽機其實是幹了一件什麼事兒呢?它就是把化學能變成了機械能。以往比如說要辦一個紡織廠,就需要有能源去推動機器的運轉,過去只能是放在山谷裡,比如說用高山上流下來的水來帶動一個機械裝置的運轉,然後用它來紡織。但是有了蒸汽機以後,它就可以把煤炭、石油中儲存的這種化學能變成機械能,當你燒煤的時候把水燒開了,然後用活塞去推動槓桿,於是就會產生這種機械能。
當人類掌握了把化學能變成機械能的時候,蒸汽機就被發明出來了,而蒸汽機被發明出來之後,人類的第一次工業革命就開始了。這就是人類對能量的掌握帶來的人類歷史上裡程碑式的一個時代,劃時代的一個事件就是第一次工業革命。
第二次工業革命實際上就是電力革命。而電力革命也很簡單,就是法拉第他發現閉合線圈,在切割磁力線的時候會產生電流,那實際上它就是一個機械能。線圈轉動它是機械能變成電能的過程,當你有了電能之後,電能可以向遠距離輸送,所以就開始出現發電廠、輸變電站,然後家裡面就有了電燈等等。所以人類第二次工業革命,其實是人類掌握了另外一種能源的轉化方式,就是從機械能變成了電能。
所以人類第一次工業革命是化學能變機械能,第二次的工業革命是機械能變成電能。現在人類又面臨著第三次,或者也可能是說第四次能源革命,第三次咱們說是人類掌握原子能;這一次掌握的是核聚變的能量。
就像我們前面講的,核聚變能量是取之不盡的,數十億年可以維持人類的使用,所以大家可以想像一下,這樣的事情發生以後,對人類的社會發展可能會意味著什麼?還有很多東西、太過於神奇的事情,可能我們也沒有時間去
把它仔細地掰開了揉碎了講,但是我想,從人類過去歷史發展、兩次工業革命,我們大概也能夠看到,我們馬上就面臨的第三次人類能源的革命,會給人類社會帶來什麼樣的巨大變化。
這真是一個很值得觀察、或是期待的事情。
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