想要離開太陽系,只能依靠可控核聚變?目前看來的確如此

2022年09月17日10:01:08 科學 2000

整個人類的發展歷程可以概括為三個字,那就是「走出去」。

人類文明之所以能夠不斷進步,就是因為人類總是想方設法拓展自己的活動區域。現在,人類基本已經走遍了整個地球,於是我們將目光投向了更遙遠的宇宙空間。想要「走出去」就必須要有相應的交通工具,要離開山村走向城市,我們需要一駕馬車,而要在各個省市之間穿梭,汽車是必不可少的,若是想要跨越大洋,往返於各個國家,就要藉助于飛機了,那麼,如果我們想要離開太陽系,去看一看外面的宇宙空間,應該依靠什麼呢?宇宙飛船,那麼宇宙飛船又要以什麼為動力呢?化學燃燒?這肯定是不行的。

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我們現在可以離開地球,走向宇宙,但卻走不了太遠,正是因為人類的航天事業還處於化學燃料階段。

化學燃料所能夠產生的能量是極為有限的,所以要想擺脫地球引力,就需要攜帶大量的燃料,於是真正能夠運上天的東西就變得少之又少了,以至於連飛船返回時用於減速的燃料都無法多帶,所以我們只能通過自由落體的方式回來,讓返回艙與大氣激烈摩擦,這種方式其實是存在一定危險性的。由此可見,想要使用化學燃料離開太陽系是根本不可能的。要離開太陽系,必須要寄希望於新能源,而就目前看來,能夠帶領人類離開太陽系的新能源就只有一種,可控核聚變

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在科幻作品中,能夠應用於宇宙飛船的未來動力似乎很多,比如曲率飛行、反物質引擎等等等,但這些距離我們都太過遙遠了,唯一看得見摸得着的就是可控核聚變。

人類利用核聚變原理製造出了氫彈,這種核反應所能夠釋放的能量無疑是令人驚嘆的,但要將其可控化,可就沒有這麼簡單了。從技術難度上來講,可控核聚變與可控核裂變完全不在一個級別上,因為核聚變所要求的溫度太高了。太陽就是一個巨大的聚變反應堆,但太陽是一個恆星,巨大的質量使他擁有了巨大的壓力,所以只需要1500萬度便可以引發氫核聚變,而想要在地球上模擬太陽巨大的內部壓力,是無法做到的。

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我們無法模擬太陽內部的巨大壓力,所以只能在溫度上下功夫。

你可能知道,要引爆氫彈,必須以原子彈作引,因為只有通過原子彈爆炸所產生的上億度高溫才能夠順利引發核聚變。引爆氫彈容易,可要使核聚變的能量緩慢釋放,這可就難了。要製造5000萬到1億度的高溫並不是難事,但要讓溫度保持在一個穩定的區間之內,就不那麼簡單了,即便保持住了,這麼高的溫度,沒有任何已知的物質可以承受得了,所以不能讓聚變反應物與任何物質想接觸,必須用磁場和慣性進行約束。說到磁場約束,人類還是有一定基礎的。

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早在上世紀50年代,人類就製造出了一種磁約束裝置,名為托卡馬克裝置。

托卡馬克裝置是一個環形真空室,在真空室纏繞有線圈,通電之後,線圈會產生巨大的螺旋形磁場,加熱並促成聚變反應,同時還能夠將高溫等離子體約束其中,避免其與任何物質發生接觸。目前,人類所進行的可控核聚變磁約束研究都是基於托卡馬克裝置所進行的,雖然也有一些公司另闢蹊徑並宣稱取得了一定的進展,但由於具體原理並未公布,所以我們也無法判斷其真假。相比磁約束而言,慣性約束方向的進展就比較緩慢了,但也有人認為慣性約束更適合於未來的宇宙飛船。

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可控核聚變所需的燃料極度易得,其原理就是輕原子在聚變成重原子的過程中會出現質量損失,而這些損失的質量就會以能量的形式被釋放出來。

根據質能方程可知,微小的質量損失就能夠產生巨大的能量,所以只需要攜帶少量的燃料,就可以滿足長期的星際航行,是宇宙飛船的最佳選擇。更為重要的是,依靠可控核聚變,我們可以實現1%的光速飛行,而且還有提升的空間,如果按照太陽系的半徑為一光年來計算,只需100年,我們就可以飛出去了,400年便可以到達距離太陽系最近的比鄰星。毫無疑問,可控核聚變的應用潛力是無限的,所以即便耗費了大量的人力物力,各個國家對於可控核聚變研究的熱情都沒有絲毫減弱。

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