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核聚变发电，并不会价格便宜清洁无害，50年内实现几乎成悖论
核聚变发电，并不会价格便宜清洁无害，50年内实现几乎成悖论
开心小鱼 2020-01-06 06:31:24
人类社会的进步发展，离不开能源的支持。尤其是在进入工业化生产之后，文明提升，对能源的需求更加的迫在眉睫。
1905年，爱因斯坦的狭义相对论问世，它奠定了整个现代物理学的基础。在此基础上，推导出质能转换方程E=MC^2。物质的质量和能量是当量关系，质量和能量可以互相转化。物质以质量亏损的物理方式释放能量。
物质与物质之间相互作用，释放能量的过程有2种形式:化学与物理。
化学能是在分子层面用改变化学键的方式释放能量，原子空间结构没有发生改变，比如燃烧。
物理能是彻底改变原子结构和性质释放能量的过程。燃烧一吨煤释放的化学能只相当于0.028毫克物质转换释放的物理能。这量级差距就是天文数字。
通过改变原子核的方式进行质能转换来释放能量，也是人类未来新能源的方向。大家现在都知道核的意思了。
题外话:整个核反应过程中，只是千分之七的质量转换成能量被释放。人类已知质能转化率最高的是核聚变0.7%，核裂变是0.135%，宇宙最高阶转化率是正反物质湮灭100%。人类的科技树正越过核裂变几乎够到了核聚变，再向上，茫然四顾。这就是我们在宇宙的地位，科技树生长的高度。
人类获取核能的方式有两种:核裂变与核聚变。
核裂变是用中子轰击质量非常大的原子核，比如铀，钚等，让原子分裂成2个或者更多质量较小的原子核，这个过程有部分质量会损失而转化成能量释放。核电站，原子弹等已知的一切核应用，使用的都是核裂变技术。
人类对核裂变技术掌握的相对成熟。但是铀，钚等原材料储量稀少，价格昂贵，已探明的矿藏只够使用几百年。并且会产生大量长期的辐射和核废料。
这些乏燃料具有极高的放射性和沾染能力。接触过的反应堆材料，手套，工具等都会被辐射活化而变成危险品。乏燃料中很多放射性元素半衰期都是数万年，最长达到210万年。
核废料的处理是世界性的难题。美国是直接打包封装深埋极深地下等待将来技术提升。目前法国拥有世界上规模最大，工艺最成熟先进的乏燃料处理循环能力，不但满足本国需要，也同时为日本，西班牙，瑞典等国提供服务。我想这收费标准，应该极贵。印度在50年代就开始研究后处理技术，现在处于世界先进水平。目前只有英法俄印具有核废料后期处理能力。但是都不能彻底解决，不能处理的残余物和废液也要深埋地下。
核聚变是在一定的高温高压下，质量很轻的2个原子核聚合生成一个重原子核，在这核融合的过程中发生的质量衰减伴随着能量的释放。与核裂变的过程相反。
太阳持续燃烧就是在核心不停的发生着热核氢聚变。任何恒星，都是以核聚变的形式，发光发热。氢弹爆炸是不可控核聚变，它是瞬间释放巨大的能量。人类需要的是缓慢释放能量的过程，这就是可控核聚变。
可控核聚变按照参与反应的轻元素不同分为三种
第一代:氚-氘核聚变 燃料充足 产生大量中子
第二代:氚-氦3核聚变 产生少量中子
第三代:氦3-氦3核聚变 完全没有中子 终极核聚变
正确了解第一代核聚变的优缺点
可控核聚变商业化发电，大多数研究机构预计在30-50年之间可以实现。乐观学者估计在2045年即可成为现实。通常谈论的核聚变，都是指第一代氚氘热核反应。这是相对来说技术难度最小，最容易实现的一种。
最激进的国家是韩国，进度表表示2030年要建成核聚变电站。
氘元素地球蕴藏极丰富。海水中就包含了45亿吨氘。氚在自然界不存在，需要通过锂发生作用产生。而锂在地球的储量很丰富。如果人类一直保持现在的能源消耗比，可以说核聚变的确可以支持人类百亿年的需求，是取之不尽的能源。
但是价格绝对不可能如某些美好憧憬的描述是极其便宜，近乎免费。水电风电资源成本是零，有便宜过吗?
氘自海水中提取无论是重水电解还是结晶，蒸馏，反渗透等办法，都成本存在过程复杂。这需要基础科学之一的化学获得爆发性突破才能大规模产业化。
而氚，只能人工通过核反应获得。半衰期只有12.43年，目前只有美国保持着30公斤的氚。只有无边的国力，才能无惧半衰期让它的储量维持在一个常量。当前一公斤氚市场价格3千万美元，并且燃料价格仅仅是部分成本。大家要赶紧赚钱，不然将来石油枯竭后代连手机充电都充不起。
第一代核聚变，也绝对不是宣传中的无辐射，无污染的清洁能源。氚原子参与反应会释放大量的中子，这些中子携带极高能量以伽马射线和阿尔法射线的形式高速运动。穿透力极强，对运行的聚变反应堆的第一壁有着极高的要求。预计中子剂量超过100dpa,而裂变反应堆的的剂量在1dpa。
同时第一壁的材料在高能中子的无尽撞击下，组成材料的原子核也会和中子发生核反应。称作“中子嬗变”。最开始实验是使用金属钼作为第一壁的材料，发现嬗变后的辐射无法处理，现在逐步换成了金属钨。
反应堆第一壁长期受中子辐射活化影响，原本没有放射性的物质都会被转换成放射性同位素。所有可以被转换的一切材料都附带放射性辐射。建材，水泥，管线等等。但是如果一味的考虑屏蔽而不考虑导热性，也不行。原子核变化释放的能量大部分正是这些中子携带。第一壁的任务就是在3千度的温度中把中子的热能导出转化。目前，人类还不曾拥有这样的材料。这需要作为应用科学的材料学在物理，化学，冶金等各方面获得突破。
第一壁的材料，在无数14MeV能量的中子的冲击下，材料晶格可以很轻易被击碎，引起脆化，蠕变，失效等问题，这导致第一壁变成耗材，需要频繁更换，这个价格也同样是天文数字，按照现有技术，建设一个“托卡马克”核聚变反应堆，需要几千亿美元。而第一壁占了很大比重，成本飙升。频繁更换的材料，同样是个辐射污染源。
优点和便捷在于能量强劲输出不绝，后期处理废料比核裂变要方便快捷许多上，相对于核裂变废料长达几万，几十万年的辐射半衰期，它的辐射半衰期在百年左右。相对容易处理很多。
既然选择2个原子合并成一个原子的方式来进行核聚变，氢是最轻的元素，而氢的同位素很多，为什么一定要选择用氚元素导致副作用呢?无他，技术限制。
氘-氘聚变，燃料便宜，中子数量只有氘-氚聚变的一半，但是点火温度太过苛刻，大约是氘-氚的6倍。到了第二代的氘-氦3聚变中子数量很少，输出能量远高于第一代聚变，但是点火温度高于氘-氚聚变10倍。而最低的氘-氚聚变点火温度在持续保持在4亿度之上。
到了技术发展到第二代核聚变时候，原料用氦3替代了氚，中子数量将极大减少，那么我们的核聚变新能源，才真正向清洁能源迈出了第一步。
而到了第三代，氦3-氦3核聚变，才是真正的清洁能源，完全没有辐射。也是科学人的梦想，称为终极核聚变。
随想:随着科学的进步，会有一天，石头，也会是燃料，现在它们是碳元素，重元素，点燃他们需要比4亿度高N倍的温度。但是肯定会有那么一天，人类可以挖石头直接丢炉子里去烧，宇宙万物，皆可以烧，只要温度够，全都可以转化成能量。呵呵
可控核聚变的升级和演化
太阳在寿命末期氢燃烧完毕氢聚变结束后，热流体静力平衡被打破，向内塌陷至压力大到点燃了氦聚变的时候，太阳核心温度会急剧升高变成一个红巨星。内部热能将把太阳表面变大膨胀到地球的轨道附近。在科学还不能控制的时候，氦聚变就是个魔鬼，失控将会毁灭一切。我们需要耐心的等待科学。
太阳永不停歇的氢聚变生成了氦3，伴随着太阳风暴向宇宙吹拂。唯独地球的大气层和磁场起到了屏障的作用，无法沉积，目前地球已知的储量是500千克。
在太阳系没有大气层的星球上，50亿年的太阳风不断地向月球，水星等存储着氦3元素。它们氦3的储量非常丰富，最富饶的是海王星。这是太阳风暴和宇宙辐射留给未来人类的礼物。真正的清洁能源，10吨氦3，可以满足我国一年的能源需求。
月球探明确定的储量是一百万吨。这颗地球的唯一的卫星，存放着核聚变的终极答案。能源的亟待需求，让登陆月球成为了各工业强国争先恐后的科学行动。
美国2019年宣布重返月球，它的目的也不是科学考察和树立国威，而是氦3。美国在核聚变领域的研发和实验成果处于世界第一的位置。为的就是控制资源，抢占先机。包括日本，中国，印度，法国，意大利，法国，以色列等国都陆续发射了探月卫星来获取信息资料。
写给未来
这是21世纪的宇宙大航海时代，地理大发现时代，月球上的土地，是新的美洲大陆，谁占领谁就掌控了脚下新能源资源的话语权。没有参与的玩家，只能处于能源食物链的底层。
有一部科幻电影《月球》，描述的就是在月球采集氦3定期送回地球的故事，将来恐怕要从故事变成现实了。
在空间法还没有出现之前，在国际法还没有覆盖外层空间的时候，实力，才是利益的真正维护者，大气层外的广漠空间，还是丛林法则。优胜劣汰是永远心照不宣的生存之道。
占领了月球，强国自然会向火星，水星延伸势力，建立采矿基地，谁先到，谁拥有。不断扩大自己的优势，拓展民族生存空间。后石油时代，太空优势一旦确立，后发国家因为技术落后，资源匮乏不可能再追赶上一个技术先发，能源绝对充沛的强大国家，将会永远落后受制于他国。
在科技不断发展的未来，行星殖民地，星际货运飞船，乃至太空领土将成为必然发展趋势。
将来有一天，如果我们中华民族的后代用上了月球氦3能源，这持之以恒延绵不绝的澎湃能源背后，不要忘了一代代默默无闻的先辈付出。
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