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中国“人造太阳”取得重大突破,攻克第一壁材料,能抗上亿度高温

现代科学认为,人类诞生于200多万年前,是由猿类生物进化而来的,从人类诞生以后就开始不断的探索世界的奥秘,经过几千年的科技发展,现在人类终于能够走出地球探索宇宙,这说明人类科技发展的速度是非常快的,当人类走出地球看到宇宙之后,人类的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人类想要知道宇宙到底有多大?在宇宙中除了地球生命之外是不是还存在外星生命?带着这些疑问,人类走上了探索宇宙的道路,根据科学家的研究我们能够知道,太阳是一颗恒星,从太阳诞生以后就开始源源不断的释放热量,到现在为止,太阳已经燃烧了50亿年之久,太阳的寿命是100亿年,这意味着太阳还能够继续燃烧50亿年。

看到这里,相信很多朋友都会产生一个疑问,就是为什么太阳能够燃烧这么长时间?这个问题人类在19世纪的时候就开始研究了,当时人们认为太阳只有两种产生能量的方式,要么是通过收缩产生光和热,即向中心收缩,同时释放出能量,因此体积会逐渐缩小,要么像火柴一样燃烧,在这两种推测的基础上,当时的科学家还对太阳的寿命进行了测算,不过最终的结果和太阳实际的年龄都有很大的差别,几十年后,爱因斯坦提出了著名的质能方程:E=mc2,证实了任何有质量的物体都有相对应的能量,在1920年的时候,英国天文学家提出,太阳其实是将质量转化为能量,当时和木头燃烧的远离不同,太阳内部就像是一座巨型核电站。

太阳中含有大量的氢原子,一般来说,一个中性氢原子由一个带正电的质子和一个带负电的电子组成,当氢原子和其它氢原子相遇时,它们各自所带的外层电子便会相互排斥,防止质子接近,不过由于太阳内核的温度很高,压力非常大,原子携带巨大的动能,足以突破原子对电子的约束力,导致电子和质子脱离出来,这样一来,本应该被束缚在原子核中的质子就能够接触到其它的质子,并通过热核聚变紧密的结合,到现在为止,太阳已经燃烧了50亿年的时间,太阳已经消耗了6*10^26吨质量,地球的质量只有5.965*10^21吨,相当于消耗了10个地球的质量,不过这对于太阳来说微不足道,毕竟太阳的质量很大,目前消耗掉的能量只有它质量的百分之0.03。

一般情况下,太阳内部的4个氢原子核聚变成一个氦原子,其质量会亏损0.0276个单位,相当于一克氢会亏损0.0069个单位,这些亏损的质量会转化为能量释放出去,然后被其它的天体吸收,不过从本质上来说,太阳不可能一直释放能量,因为总有一天太阳内部的氢元素会被消耗完,到时候太阳内部的核心区域温度和压强就无法启动氦原子核的核聚变,这时候辐射压力会下降,太阳内部的平衡被打破,然后太阳会开始膨胀,变成一颗红巨星,不过这种现象在短时间内是不会出现的,至少需要等到40亿年之后,所以我们现在根本不需要担心太阳会变成红巨星。

对于人类来说,太阳释放的能量已经足够人类利用,所以现在科学家也在积极的研究可控核聚变,在2022年底,美国的加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室,在核聚变反应取得了重大的突破。即核聚变反应堆中实现净能量的增加,即产生新的能量大于所消耗的旧有能源量,这一重大发现让很多人都非常兴奋,很多科学家认为人类离实现可控核聚变已经不远了,不过目前各国的可控核聚变技术仍然处于实验阶段,想要真正的实现可控核聚变还差的很远,科学家经过研究得出,如果想要用核聚变来进行发电,至少需要到2050年以后才能够实现,看到这里,可能很多朋友会产生一个疑问,就是为什么核聚变如此难突破?

根据科学家的研究我们能够知道,核聚变反应需要超高的温度,目前人类难以实现可控核聚变的主要原因是我们找不到耐高温的材料,这种耐高温的材料至少需要承受几百万摄氏度左右,而想要达到稳定的运用,温度还需要继续升高,需要达到1亿摄氏度左右,目前我们所知道的物质没有能够承受这么高的温度,而且可控核聚变还需要一种非常稀有的资源,这种资源就是氦-3,在我们地球内部也有一定储量的氦-3,不过地球上氦-3的储量是有限的,氦只有氦-3和氦-4这两种同位素,在地球所有的氦中,氦-3的占比只有百分之0.000137,而且这种气体每年都在逃离地球。

根据科学家的计算得出,地球上每秒大约有2000克氦-3会从地球内部逃离,如果长久的发展下去,那么地球内部的氦-3会全部消失,那么地球上的氦-3是如何产生的?科学家经过研究得出,地球上的氦-3主要来自于两个地方,第一个是地球诞生初期就有,还有一个是来自宇宙中的射线,根据科学家的研究我们能够知道,地球诞生于46亿年前,在如此漫长的岁月中,地球上的氦-3储量慢慢积累,才变成我们今天看到的这样,不过这些氦-3和其它资源相比还差的很远,目前地球内部的氦-3储量大约是10^15克氦-3,这些氦-3都是非常古老的,可能在宇宙大爆炸之后就出现了。

虽然地球上的氦-3储量很少,但是科学家在月球上发现了大量的氦-3,这种资源的储量大约是100万吨,这些资源足够人类利用,不过人类想要到月球上开采这种资源还是一件比较困难的事情,毕竟月球上面的环境和地球环境有非常大的区别,在月球上没有空气,没有水资源,没有厚厚的大气层,昼夜温差很大,想要在月球上面开采资源几乎是不可能的,而且开采资源需要将大型设备运输到地球上,目前以人类的科技水平来说,根本不可能将地球上的大型设备运输到月球上,所以人类想要从月球上面开采资源还需要继续努力才行。不过即使是再艰难,人类也一定会克服困难,最终实现可控核聚变。

最近我国的“人造太阳”工程取得了重大进展,即我们已经攻克了核聚变装置的第一壁材料制造技术,那么第一壁的材料研发面临哪些困难呢?有一些人认为,第一壁所面对的就是高温,不过这只是其中的一部分,首先核聚变所释放的热辐射,不单单是红外线,还有宇宙中最常见的X射线等高能射线,这些射线对于物质结构有着知名的影响,很多物质的化学键会在这类高能射线的照射中发生解体,简单来说,第一壁材料非常容易在这些高能射线中被摧毁,除此之外,还有强烈的太阳风,太阳每隔一段时间就是释放强烈的太阳风,虽然我们没有明显的感觉,这是因为地球磁场的保护。

如果没有地球磁场的保护,那么地球大气层很快就会被太阳风吹散,没有大气层的保护,地球生命就会直接被太阳光的紫外线照射,长久发展下去,地球生物都会死亡,火星就是一个很好的例子,科学家认为,火星曾经也是一颗充满生命的星球,但是由于火星失去了磁场,所以火星大气层很快就被太阳风吹散了,没有了大气层的保护,火星生命很快就死亡了,所以火星才会变成现在这样一颗荒芜的星球,前段时间,丹麦哥本哈根大学星体和行星形成研究中心的一个研究团队在1月13日《科学杂志》上面发表了一篇关于火星生命的研究论文,其中这个团队认为,火星在45亿年前曾经被300米深的海洋覆盖,最深的时候能够达到1000米,这就意味着火星在早期的时候是有水资源的。

水是生命之源,地球之所以能够诞生生命,就是因为地球上有充足的水资源,根据达尔文的进化论我们能够知道,地球上的生命都是由简单的生物进化而来的,由最初的单细胞生物进化为多细胞生物,由多细胞生物进化为海洋生物,由海洋生物进化为两栖生物,由两栖生物进化为陆地生物,人类就是由陆地生物猿类进化而来的,如果这个科学团队的研究成果是对的,那么火星生命出现的时间要比地球生命出现的时间更早,从这一点我们就能够看出,太阳风是非常强烈的,太阳风能够释放持续性的粒子流,这些粒子极端活跃,一不小心就会摆脱磁力束缚。

直接轰击第一壁,这些粒子流一旦撞击到第一壁上面,第一壁就会受到不同程度的损伤,而且高能粒子风之所以强大,是因为它们拥有非常快的速度,这些高速运转的粒子会在第一时间撞击第一壁,如果偶然机会可能会把第一壁的原子直接打出去,形成离子从而污染核反应堆,这些污染的物质会导致核反应的停止,造成更加严重的后果。所以实现可控核聚变并没有我们想象的那么容易,目前人类面临的挑战还有很多,而可控核聚变也只是目前人类认为比较强大的能源,在宇宙中目前人类发现的最强大的能量是反物质,反物质和正物质相遇之后会发生湮灭反应,从而释放出巨大的能量。

反物质和普通物质相比,只是某些性质相反了,但是基本的物质构成还是不变的,比如说质量,电子与正电子的质量是完全一样的,质子与反质子的质量也是完全一样的,电子和质子与正电子和反质子组成的氢原子和反氢原子质量和物理特性也是完全一样的,如果足够多的反原子构成了一个宏观物体,那么它和普通物质构成的同种物体是一样的,现在人类已经能够掌握核裂变技术进行发电,不过核裂变产生的能量仅仅达到了质能转化率的百分之0.13,而核聚变能够达到百分之0.7,是核裂变的5倍左右,不过相比于反物质和正物质湮灭,它们所转化的效率还差的很远。

反物质和正物质的转化率能够达到百分之100,我们可以想象一样,太阳的核聚变的转化率只有百分之0.7,而反物质的转化率高达百分之百,如果人类能够实现反物质和正物质的湮灭,对于人类科技来说,一定是一个质的飞跃,不过目前只能够在实验室中制造出非常少的反物质,这点反物质根本不够进行湮灭,所以目前科学家也在积极的寻找宇宙中的反物质,不过科学家认为,宇宙中的反物质可能被隐藏了起来,因为在宇宙中科学家并没有发现大量的反物质,按理来说,反物质和正物质都是在宇宙大爆炸之后形成的,它们的数量应该是一样多才对,所以科学家认为,宇宙中的反物质一定隐藏在某一个角落当中。

小编认为,人类作为地球上最有智慧的生命,从人类诞生以后就开始不断的探索宇宙的奥秘, 目前科学家已经对宇宙有了大概的认知和了解,不过在宇宙中还隐藏着很多我们不知道的秘密,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开宇宙中所有的奥秘,同时人类也能够在宇宙中找到反物质,实现可控核聚变只是时间问题,小编希望人类能够早日实现可控核聚变,能够让人类的文明长久的发展下去,期待这一天的到来,对此,大家有什么想说的吗?

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