想要离开太阳系,只能依靠可控核聚变?目前看来的确如此

2022年09月17日10:01:08 科学 2000

整个人类的发展历程可以概括为三个字,那就是“走出去”。

人类文明之所以能够不断进步,就是因为人类总是想方设法拓展自己的活动区域。现在,人类基本已经走遍了整个地球,于是我们将目光投向了更遥远的宇宙空间。想要“走出去”就必须要有相应的交通工具,要离开山村走向城市,我们需要一驾马车,而要在各个省市之间穿梭,汽车是必不可少的,若是想要跨越大洋,往返于各个国家,就要借助于飞机了,那么,如果我们想要离开太阳系,去看一看外面的宇宙空间,应该依靠什么呢?宇宙飞船,那么宇宙飞船又要以什么为动力呢?化学燃烧?这肯定是不行的。

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我们现在可以离开地球,走向宇宙,但却走不了太远,正是因为人类的航天事业还处于化学燃料阶段。

化学燃料所能够产生的能量是极为有限的,所以要想摆脱地球引力,就需要携带大量的燃料,于是真正能够运上天的东西就变得少之又少了,以至于连飞船返回时用于减速的燃料都无法多带,所以我们只能通过自由落体的方式回来,让返回舱与大气激烈摩擦,这种方式其实是存在一定危险性的。由此可见,想要使用化学燃料离开太阳系是根本不可能的。要离开太阳系,必须要寄希望于新能源,而就目前看来,能够带领人类离开太阳系的新能源就只有一种,可控核聚变

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在科幻作品中,能够应用于宇宙飞船的未来动力似乎很多,比如曲率飞行、反物质引擎等等等,但这些距离我们都太过遥远了,唯一看得见摸得着的就是可控核聚变。

人类利用核聚变原理制造出了氢弹,这种核反应所能够释放的能量无疑是令人惊叹的,但要将其可控化,可就没有这么简单了。从技术难度上来讲,可控核聚变与可控核裂变完全不在一个级别上,因为核聚变所要求的温度太高了。太阳就是一个巨大的聚变反应堆,但太阳是一个恒星,巨大的质量使他拥有了巨大的压力,所以只需要1500万度便可以引发氢核聚变,而想要在地球上模拟太阳巨大的内部压力,是无法做到的。

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我们无法模拟太阳内部的巨大压力,所以只能在温度上下功夫。

你可能知道,要引爆氢弹,必须以原子弹作引,因为只有通过原子弹爆炸所产生的上亿度高温才能够顺利引发核聚变。引爆氢弹容易,可要使核聚变的能量缓慢释放,这可就难了。要制造5000万到1亿度的高温并不是难事,但要让温度保持在一个稳定的区间之内,就不那么简单了,即便保持住了,这么高的温度,没有任何已知的物质可以承受得了,所以不能让聚变反应物与任何物质想接触,必须用磁场和惯性进行约束。说到磁场约束,人类还是有一定基础的。

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早在上世纪50年代,人类就制造出了一种磁约束装置,名为托卡马克装置。

托卡马克装置是一个环形真空室,在真空室缠绕有线圈,通电之后,线圈会产生巨大的螺旋形磁场,加热并促成聚变反应,同时还能够将高温等离子体约束其中,避免其与任何物质发生接触。目前,人类所进行的可控核聚变磁约束研究都是基于托卡马克装置所进行的,虽然也有一些公司另辟蹊径并宣称取得了一定的进展,但由于具体原理并未公布,所以我们也无法判断其真假。相比磁约束而言,惯性约束方向的进展就比较缓慢了,但也有人认为惯性约束更适合于未来的宇宙飞船。

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可控核聚变所需的燃料极度易得,其原理就是轻原子在聚变成重原子的过程中会出现质量损失,而这些损失的质量就会以能量的形式被释放出来。

根据质能方程可知,微小的质量损失就能够产生巨大的能量,所以只需要携带少量的燃料,就可以满足长期的星际航行,是宇宙飞船的最佳选择。更为重要的是,依靠可控核聚变,我们可以实现1%的光速飞行,而且还有提升的空间,如果按照太阳系的半径为一光年来计算,只需100年,我们就可以飞出去了,400年便可以到达距离太阳系最近的比邻星。毫无疑问,可控核聚变的应用潜力是无限的,所以即便耗费了大量的人力物力,各个国家对于可控核聚变研究的热情都没有丝毫减弱。

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