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核聚變動力火箭難受控制的阿拉丁神燈 [複製鏈接]

武神張

Teenager I

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電梯直達

樓主

發表於 2013-5-7 09:24:14 |只看該作者 |倒序瀏覽

　　核聚變理論的提出已經有數十年，世界上有一部分科學家對這種核動力的火箭系統也非常看好，並為之不惜人力物力。早在2009年，英國《新科學家》雜誌就在文章中預測這種核聚變動力火箭系統數十年後即可實現。
　　4月12日，美國媒體報導了華盛頓大學的科學家與空間推進研究公司MSNW正在進行一項新型核聚變火箭技術的研究，並稱有望將載人火星航行變成現實。
　　自從20世紀中期開始建立裂變原子能電站以來，核裂變已經發展為成熟的技術，但是作為原料的鈾礦還是會面臨與其他化學能源一樣枯竭的未來。而且，由於核裂變技術對環境污染的風險，在一些國家和地區對這種技術的應用依然猶豫不決，更別說利用核裂變作為動力發射火箭，可能對全球大氣帶來的污染風險。
　　核聚變相比核裂變，最大的優勢之一是其豐富的燃料儲備，其來源是海水中極其豐富的氫原子的同位素氘和氚。1克氘完全燃燒相當於8噸燃燒所釋放的能量。聚變過程中，雖然氚也是放射性元素，但其半衰期短（12年，鈾的同位素半衰期需數億年到數十億年不等），放射性污染也相對少，比起裂變碎片的放射性處理簡單很多。
　　因此核聚變能源的清潔與用之不竭吸引了科學家為之數十年不懈的努力。而在人們期待在太空中走得更遠的今天，將核聚變能源作為動力發展星際旅行飛船就變得極具誘惑力。
　　依照目前人類現有的化學燃料技術，完成一次火星往返任務至少需要4年，如果核聚變動力真的成為現實，那麼，這趟行程30至90天就可以完成。
　　華盛頓大學航空航太學副教授約翰•勞斯認為利用現有的化學能火箭幾乎不可能完成地月系之外的行星際載人探索，對火星乃至更遠天體的探索需要一個更強大的能源。他所帶領的研究小組提出的核聚變太空船前往火星計畫已經有了詳細的電腦建模和初步實驗結果，並獲得了第二輪研究經費。
　　他們設想的核聚變火箭採用等離子體噴射流技術，將藍色的等離子體流注入火箭噴嘴，在各層金屬環（鋰金屬）結構控制的壓力室內被壓縮，將能量突然釋放出來，使得鋰金屬在磁場控制下的噴嘴區域蒸發、電離，由此產生了可驅動火箭前進的推力。
　　該研究小組設計的核聚變火箭只需要品質很低的核材料，一粒沙子大小的核材料相當於1加侖（約3.8升）的火箭燃料。聚變系統中會形成強大的磁場，將等離子體壓縮，點燃核聚變的過程僅幾微秒，可在極端的時間內釋放出足夠的能量。整個過程可被快速重複，這樣就能產生推力驅動太空船。
　　1952年11月1日在西太平洋埃尼威托克島秘密爆炸了一顆氫彈，人類成功實現了核聚變。但是，如何將這巨大的能量能夠緩慢的釋放，成為像核裂變一樣可控的能源，在之後的50多年卻進展緩慢，依舊困難重重。氫彈爆炸釋放的能量，能否成為阿拉丁神燈中的魔鬼，成為受人類控制的能源，也有科學家持謹慎態度。
　　“到目前為止，可受控的核聚變反應還存在很多問題無法解決。”且目前，人們推行的受控熱核聚變反應有兩種類型。一種是托卡馬克型，一種是慣性約束聚變。
　　托卡馬克型反應堆主要存在兩個問題。“第一大問題是它的理論還沒有搞清楚，其中之一就是等離子體的不穩定性，一旦等離子體出現不穩定，受控熱核反應就不能進行。現在所提出的受控是盲目的。”
　　第二個重要問題是材料。受控核聚變反應的原理是一定需要真空中的等離子體來實現。這就需要一個真空盒。現在，在真空盒中最容易實現的是氘與氚的反應。氘與氚的反應過程中，一方面釋放熱量，一方面又釋放大量中子。這些中子會直接將真空盒材料的原子核打得七零八落，這會大大影響真空盒的壽命。“隨著核反應功率的大大提高，真空盒遭到中子的攻擊就越嚴重，真空盒的壽命就會變短。這種短不是十年二十年，而是只有幾個月甚至幾個星期。而目前甚至從理論上還沒有解決材料問題的方法。關鍵，還看不到有什麼樣的理論可以解決這個問題。”
　　如此一來，豈非飛船還未到火星，可能動力就會喪失殆盡。
　　慣性約束聚變是利用鐳射打到球形氘氚靶上，加熱氘氚完成核聚變。對這種理論何祚庥舉了一個例子。
　　目前研究比較多的是美國的一個實驗室，美國方面也為這項研究投入了幾百億美元。但近來，他們的研究遭到了嚴重的困難。實驗結果與理論計算差了1個數量級（10倍）。他們利用氫彈的理論計算程式進行了反復考量，但實驗結果依然相差10倍以上。科學家準備用三年的時間證明兩件事，第一是為什麼差10倍，第二則是，這條路能否走通！