海洋-未来的核能之源

发布日期:2018-06-12字号:【

2008年联合国大会通过第111号决议,决定自2009年起,每年的6月8日为“世界海洋日”(World Oceans Day),并于2009年将首个世界海洋日的主题确定为“我们的海洋,我们的责任”。 

2018年世界海洋日活动主题为“奋进新时代 扬帆新海洋”。海洋是生态环境系统的重要组成部分,它与人类是相生的。合理、科学的开发利用,对保护好海洋意义巨大!

我们都知道,无论各个方面,各个行业,各个领域,从离子、粒子的运动到日月星河的运行都离不开能量。

太阳系星球

 

那么,什么是能量?

物理学家告诉我们,能量就是物质的动态形式,简单来说,就是能量和物质是等价的,它们可以相互转化。能量是释放了的物质,物质是浓缩了的能量。如果说世界是物质的,那么世界也是能量的。根据爱因斯坦的质能方程,它们之间的关系是E=mc2 ,其中E代表能量,m代表物质亏损质量,c则表示光速(常量,c=299792.458km/s)

能量不是万能的,但没有能量是万万不能的。我们日常衣食住行所需的能量大多来自煤炭、天然气、石油等能源。

但这些能源是有限的,随着世界人口的增加,能源消费也不断增加,有估算数据(英国BP石油公司的统计),按照当前能源消耗状况发展下去,世界上的石油只够再用41年,天然气60年,煤炭资源200年左右。人类必须找到替代能源,这是一个大问题,海洋就是未来的能源选择。

 

海洋是一座资源宝库

海洋中蕴藏着丰富的生物资源、矿产资源和水能资源。海洋是一座巨大的矿产资源宝库,从滨岸浅海至深海大洋分布着众多的矿产资源,种类繁多、储量可观的海洋资源越来越成为人类生产的重要的原料基地和人类未来矿产资源需求的希望所在。

 

海洋还是一座能源宝库

海洋里不仅有石油、天燃气、可燃冰,海水中还有可供核能发电的氘,那将是取之不尽用之不竭的绿色能源。

 

核能是人类最具希望的未来能源之一

核能是人类最具希望的未来能源之一。人们开发核能的途径有两条:一是重元素的裂变,如铀的裂变;二是轻元素的聚变,如氘、氚、锂等。重元素的裂变技术,己得到实际性的应用;而轻元素聚变技术,也正在积极研究之中。可不论是重元素铀,还是轻元素氘、氚,在海洋中都有相当巨大的储藏量。

 

核聚变

聚变示意图

氘和氚都是氢的同位素。它们的原子核可以在一定的条件下,互相碰撞聚合成较重的原子核 --氦核,同时释放巨大的核能。1千克氘氚混合物全部发生聚变,将释放出8万吨TNT当量的能量。每1升海水中含30毫克的氘,这30毫克的氘巨变产生的能量相当于燃烧300升汽油所产生的能量,1公斤氢燃料,1万吨优质煤燃料。

 

厉害了,我的太阳

太阳

古往今来,吟咏太阳的诗词歌赋数不胜数。其实,在茫茫宇宙中,太阳只是一颗普通的恒星,但对于更“小巧”的地球来说,太阳就是我们的中心,我们都说“万物生长靠太阳”,没有太阳我们将不复存在,可您知道吗,太阳之所以“光热无穷”是因为太阳内部不断发生着核聚变。

太阳内部示意图

 

可用50亿年!

据估计,全世界海水中所含氘达45×104亿吨,这些氘通过聚变所释放的能量,可供人类在很高的消费水平下使用50亿年。而且氘的提取方法简便,成本较低,核聚变堆的运行也是十分安全的。因此,以海水中的氘、氚的核聚变能解决人类未来的能源需求,将展示出最好的前景。

氘-氚的核聚变反应,需要在上千万度乃至上亿度的高温条件下进行。这样的反应,已经在核武器氢弹上得以实现,但核武器中的核聚变反应是不受控的,受控的热核聚变在技术上还有许多难题。不过,随着科学技术的进步,这些难题正在逐步被解决。

1991年11月9日,由14个欧洲国家合资,在欧洲联合环型核裂变装置上,成功地进行了首次氘-氚受控核聚变试验,发出了1.8兆瓦电力的聚变能量,持续时间为2秒,温度高达3亿度,比太阳内部的温度还高20倍。科学家们认为,氘-氚受控核聚变的试验成功,是人类开发新能源的一个里程碑。

热核实验反应堆的运行模拟图

中国也开展了相关研究并取得突破性成就。2017年中国的全超导托克马克装置(EAST)获得长达101.2秒的稳态高速约束模式等离子体,创造了新的世界纪录。EAST成为世界上首个实现稳态高约束模式运行时间达到百秒量级的托克马克核聚变实验装置。

 

“能源金属”锂

海水中除了氘、氚,还有“能源金属”锂。海洋中每升海水含锂15~20毫克,海水中锂总储量约为2.5×1011吨。随着受控核聚变技术的发展,同位素锂6聚变释放的巨大能量最终将安全服务于人类。

热核实验反应堆的模拟图

如果受控热核聚变的研究取得突破,从海水中大规模提取重水得以实现,海洋就能为人类提供取之不尽、用之不竭的能源。

 

保护海洋就是保护我们自己

人类与海洋是命运共同体,海洋是座宝库。保护海洋,从我做起,美丽中国,美丽海洋!

(图片源自网络)