人類社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，離不開能源的支持。尤其是在進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)之后，文明提升，對(duì)能源的需求更加的迫在眉睫。
物質(zhì)與物質(zhì)之間相互作用，釋放能量的過程有2種形式:化學(xué)與物理。
化學(xué)能是在分子層面用改變化學(xué)鍵的方式釋放能量，原子空間結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，比如燃燒。
物理能是徹底改變?cè)咏Y(jié)構(gòu)和性質(zhì)釋放能量的過程。燃燒一噸煤釋放的化學(xué)能只相當(dāng)于0.028毫克物質(zhì)轉(zhuǎn)換釋放的物理能。這量級(jí)差距就是天文數(shù)字。
通過改變?cè)雍说姆绞竭M(jìn)行質(zhì)能轉(zhuǎn)換來釋放能量，也是人類未來新能源的方向。大家現(xiàn)在都知道核的意思了。
題外話:整個(gè)核反應(yīng)過程中，只是千分之七的質(zhì)量轉(zhuǎn)換成能量被釋放。人類已知質(zhì)能轉(zhuǎn)化率最高的是核聚變0.7%，核裂變是0.135%，宇宙最高階轉(zhuǎn)化率是正反物質(zhì)湮滅100%。人類的科技樹正越過核裂變幾乎夠到了核聚變，再向上，茫然四顧。這就是我們?cè)谟钪娴牡匚?，科技樹生長的高度。
核裂變是用中子轟擊質(zhì)量非常大的原子核，比如鈾，钚等，讓原子分裂成2個(gè)或者更多質(zhì)量較小的原子核，這個(gè)過程有部分質(zhì)量會(huì)損失而轉(zhuǎn)化成能量釋放。核電站，原子彈等已知的一切核應(yīng)用，使用的都是核裂變技術(shù)。
人類對(duì)核裂變技術(shù)掌握的相對(duì)成熟。但是鈾，钚等原材料儲(chǔ)量稀少，價(jià)格昂貴，已探明的礦藏只夠使用幾百年。并且會(huì)產(chǎn)生大量長期的輻射和核廢料。
這些乏燃料具有極高的放射性和沾染能力。接觸過的反應(yīng)堆材料，手套，工具等都會(huì)被輻射活化而變成危險(xiǎn)品。乏燃料中很多放射性元素半衰期都是數(shù)萬年，最長達(dá)到210萬年。
核廢料的處理是世界性的難題。美國是直接打包封裝深埋極深地下等待將來技術(shù)提升。目前法國擁有世界上規(guī)模最大，工藝最成熟先進(jìn)的乏燃料處理循環(huán)能力，不但滿足本國需要，也同時(shí)為日本，西班牙，瑞典等國提供服務(wù)。我想這收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該極貴。印度在50年代就開始研究后處理技術(shù)，現(xiàn)在處于世界先進(jìn)水平。目前只有英法俄印具有核廢料后期處理能力。但是都不能徹底解決，不能處理的殘余物和廢液也要深埋地下。
核聚變是在一定的高溫高壓下，質(zhì)量很輕的2個(gè)原子核聚合生成一個(gè)重原子核，在這核融合的過程中發(fā)生的質(zhì)量衰減伴隨著能量的釋放。與核裂變的過程相反。
太陽持續(xù)燃燒就是在核心不停的發(fā)生著熱核氫聚變。任何恒星，都是以核聚變的形式，發(fā)光發(fā)熱。氫彈爆炸是不可控核聚變，它是瞬間釋放巨大的能量。人類需要的是緩慢釋放能量的過程，這就是可控核聚變。
可控核聚變按照參與反應(yīng)的輕元素不同分為三種
第一代:氚-氘核聚變 燃料充足 產(chǎn)生大量中子
第二代:氚-氦3核聚變 產(chǎn)生少量中子
第三代:氦3-氦3核聚變 完全沒有中子 終極核聚變
可控核聚變商業(yè)化發(fā)電，大多數(shù)研究機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)在30-50年之間可以實(shí)現(xiàn)。樂觀學(xué)者估計(jì)在2045年即可成為現(xiàn)實(shí)。通常談?wù)摰暮司圩?，都是指第一代氚氘熱核反?yīng)。這是相對(duì)來說技術(shù)難度最小，最容易實(shí)現(xiàn)的一種。
最激進(jìn)的國家是韓國，進(jìn)度表表示2030年要建成核聚變電站。
氘元素地球蘊(yùn)藏極豐富。海水中就包含了45億噸氘。氚在自然界不存在，需要通過鋰發(fā)生作用產(chǎn)生。而鋰在地球的儲(chǔ)量很豐富。如果人類一直保持現(xiàn)在的能源消耗比，可以說核聚變的確可以支持人類百億年的需求，是取之不盡的能源。
但是價(jià)格絕對(duì)不可能如某些美好憧憬的描述是極其便宜，近乎免費(fèi)。水電風(fēng)電資源成本是零，有便宜過嗎?
氘自海水中提取無論是重水電解還是結(jié)晶，蒸餾，反滲透等辦法，都成本存在過程復(fù)雜。這需要基礎(chǔ)科學(xué)之一的化學(xué)獲得爆發(fā)性突破才能大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
而氚，只能人工通過核反應(yīng)獲得。半衰期只有12.43年，目前只有美國保持著30公斤的氚。只有無邊的國力，才能無懼半衰期讓它的儲(chǔ)量維持在一個(gè)常量。當(dāng)前一公斤氚市場(chǎng)價(jià)格3千萬美元，并且燃料價(jià)格僅僅是部分成本。大家要趕緊賺錢，不然將來石油枯竭后代連手機(jī)充電都充不起。
第一代核聚變，也絕對(duì)不是宣傳中的無輻射，無污染的清潔能源。氚原子參與反應(yīng)會(huì)釋放大量的中子，這些中子攜帶極高能量以伽馬射線和阿爾法射線的形式高速運(yùn)動(dòng)。穿透力極強(qiáng)，對(duì)運(yùn)行的聚變反應(yīng)堆的第一壁有著極高的要求。預(yù)計(jì)中子劑量超過100dpa,而裂變反應(yīng)堆的的劑量在1dpa。
同時(shí)第一壁的材料在高能中子的無盡撞擊下，組成材料的原子核也會(huì)和中子發(fā)生核反應(yīng)。稱作“中子嬗變”。最開始實(shí)驗(yàn)是使用金屬鉬作為第一壁的材料，發(fā)現(xiàn)嬗變后的輻射無法處理，現(xiàn)在逐步換成了金屬鎢。
反應(yīng)堆第一壁長期受中子輻射活化影響，原本沒有放射性的物質(zhì)都會(huì)被轉(zhuǎn)換成放射性同位素。所有可以被轉(zhuǎn)換的一切材料都附帶放射性輻射。建材，水泥，管線等等。但是如果一味的考慮屏蔽而不考慮導(dǎo)熱性，也不行。原子核變化釋放的能量大部分正是這些中子攜帶。第一壁的任務(wù)就是在3千度的溫度中把中子的熱能導(dǎo)出轉(zhuǎn)化。目前，人類還不曾擁有這樣的材料。這需要作為應(yīng)用科學(xué)的材料學(xué)在物理，化學(xué)，冶金等各方面獲得突破。
第一壁的材料，在無數(shù)14MeV能量的中子的沖擊下，材料晶格可以很輕易被擊碎，引起脆化，蠕變，失效等問題，這導(dǎo)致第一壁變成耗材，需要頻繁更換，這個(gè)價(jià)格也同樣是天文數(shù)字，按照現(xiàn)有技術(shù)，建設(shè)一個(gè)“托卡馬克”核聚變反應(yīng)堆，需要幾千億美元。而第一壁占了很大比重，成本飆升。頻繁更換的材料，同樣是個(gè)輻射污染源。
優(yōu)點(diǎn)和便捷在于能量強(qiáng)勁輸出不絕，后期處理廢料比核裂變要方便快捷許多上，相對(duì)于核裂變廢料長達(dá)幾萬，幾十萬年的輻射半衰期，它的輻射半衰期在百年左右。相對(duì)容易處理很多。
既然選擇2個(gè)原子合并成一個(gè)原子的方式來進(jìn)行核聚變，氫是最輕的元素，而氫的同位素很多，為什么一定要選擇用氚元素導(dǎo)致副作用呢?無他，技術(shù)限制。
氘-氘聚變，燃料便宜，中子數(shù)量只有氘-氚聚變的一半，但是點(diǎn)火溫度太過苛刻，大約是氘-氚的6倍。到了第二代的氘-氦3聚變中子數(shù)量很少，輸出能量遠(yuǎn)高于第一代聚變，但是點(diǎn)火溫度高于氘-氚聚變10倍。而最低的氘-氚聚變點(diǎn)火溫度在持續(xù)保持在4億度之上。
到了技術(shù)發(fā)展到第二代核聚變時(shí)候，原料用氦3替代了氚，中子數(shù)量將極大減少，那么我們的核聚變新能源，才真正向清潔能源邁出了第一步。
而到了第三代，氦3-氦3核聚變，才是真正的清潔能源，完全沒有輻射。也是科學(xué)人的夢(mèng)想，稱為終極核聚變。
隨想:隨著科學(xué)的進(jìn)步，會(huì)有一天，石頭，也會(huì)是燃料，現(xiàn)在它們是碳元素，重元素，點(diǎn)燃他們需要比4億度高N倍的溫度。但是肯定會(huì)有那么一天，人類可以挖石頭直接丟爐子里去燒，宇宙萬物，皆可以燒，只要溫度夠，全都可以轉(zhuǎn)化成能量。呵呵
太陽在壽命末期氫燃燒完畢氫聚變結(jié)束后，熱流體靜力平衡被打破，向內(nèi)塌陷至壓力大到點(diǎn)燃了氦聚變的時(shí)候，太陽核心溫度會(huì)急劇升高變成一個(gè)紅巨星。內(nèi)部熱能將把太陽表面變大膨脹到地球的軌道附近。在科學(xué)還不能控制的時(shí)候，氦聚變就是個(gè)魔鬼，失控將會(huì)毀滅一切。我們需要耐心的等待科學(xué)。
太陽永不停歇的氫聚變生成了氦3，伴隨著太陽風(fēng)暴向宇宙吹拂。唯獨(dú)地球的大氣層和磁場(chǎng)起到了屏障的作用，無法沉積，目前地球已知的儲(chǔ)量是500千克。
在太陽系沒有大氣層的星球上，50億年的太陽風(fēng)不斷地向月球，水星等存儲(chǔ)著氦3元素。它們氦3的儲(chǔ)量非常豐富，最富饒的是海王星。這是太陽風(fēng)暴和宇宙輻射留給未來人類的禮物。真正的清潔能源，10噸氦3，可以滿足我國一年的能源需求。
月球探明確定的儲(chǔ)量是一百萬噸。這顆地球的唯一的衛(wèi)星，存放著核聚變的終極答案。能源的亟待需求，讓登陸月球成為了各工業(yè)強(qiáng)國爭(zhēng)先恐后的科學(xué)行動(dòng)。
美國2019年宣布重返月球，它的目的也不是科學(xué)考察和樹立國威，而是氦3。美國在核聚變領(lǐng)域的研發(fā)和實(shí)驗(yàn)成果處于世界第一的位置。為的就是控制資源，搶占先機(jī)。包括日本，中國，印度，法國，意大利，法國，以色列等國都陸續(xù)發(fā)射了探月衛(wèi)星來獲取信息資料。
這是21世紀(jì)的宇宙大航海時(shí)代，地理大發(fā)現(xiàn)時(shí)代，月球上的土地，是新的美洲大陸，誰占領(lǐng)誰就掌控了腳下新能源資源的話語權(quán)。沒有參與的玩家，只能處于能源食物鏈的底層。
有一部科幻電影《月球》，描述的就是在月球采集氦3定期送回地球的故事，將來恐怕要從故事變成現(xiàn)實(shí)了。
在空間法還沒有出現(xiàn)之前，在國際法還沒有覆蓋外層空間的時(shí)候，實(shí)力，才是利益的真正維護(hù)者，大氣層外的廣漠空間，還是叢林法則。優(yōu)勝劣汰是永遠(yuǎn)心照不宣的生存之道。
占領(lǐng)了月球，強(qiáng)國自然會(huì)向火星，水星延伸勢(shì)力，建立采礦基地，誰先到，誰擁有。不斷擴(kuò)大自己的優(yōu)勢(shì)，拓展民族生存空間。后石油時(shí)代，太空優(yōu)勢(shì)一旦確立，后發(fā)國家因?yàn)榧夹g(shù)落后，資源匱乏不可能再追趕上一個(gè)技術(shù)先發(fā)，能源絕對(duì)充沛的強(qiáng)大國家，將會(huì)永遠(yuǎn)落后受制于他國。
在科技不斷發(fā)展的未來，行星殖民地，星際貨運(yùn)飛船，乃至太空領(lǐng)土將成為必然發(fā)展趨勢(shì)。
將來有一天，如果我們中華民族的后代用上了月球氦3能源，這持之以恒延綿不絕的澎湃能源背后，不要忘了一代代默默無聞的先輩付出。
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