假如你是世界上最顶尖的科学家之一,每天都在探索未知的奥秘。一天晚上,你所在的城市忽然断电,接着,世界各国均宣告化石能源即将枯竭,呼吁人们节约用电。全人类都陷入恐慌中。地球快要没电了——你要怎么做,才能拯救人类,让地球熬过这场能源危机?
化石燃料——来自远古的太阳能
能源是人类社会最重要的资源之一,煮饭需要天然气,开车需要汽油,手机需要电,而发电需要煤。没有能源,人类就没法活下去了。那么,你知道吗?所有这些能源都是太阳给的。
自然界的太阳能板就是植物,植物吸收太阳光来进行光合作用,草食动物吃植物填饱肚子,肉食动物则以其他小型动物为食。动植物死后,它们的残骸与泥土混合,随着地质运动而被深埋在海底或地底,发生了复杂的化学变化,最终转变成了石油、煤等化石燃料,被人类开采出来使用。没有阳光的话,植物无法生存,就不会有化石燃料出现了。
而这些残骸转化成化石燃料的过程非常漫长,耗费的时间少则数百万年,多则上亿年,而人类使用的速度却超快,储存了上亿年的燃料在短短几百年内就消耗了一大部分,石油、天然气资源在几十年内就会消耗殆尽,到时候人类该从哪获得能源呢?
太阳的能量来自于核聚变
人类不可能等待几百万年,让太阳能再次变成化石燃料。你不停地思考,终于,一个发光的小灯泡启发了你——为什么不制造一个人造太阳,直接利用它释放的能量?
为了制造这颗人造太阳,你需要了解太阳的真实面貌:太阳是一颗巨大而炽热的气态恒星,它的能量来自于核聚变。
想象一下弹玻璃珠的游戏,当一颗玻璃珠撞上另一颗时,它们很快就会弹开。但是有一种特殊的“玻璃珠”,它们相撞时不但不会分开,反而会融合在一起;不过“玻璃珠”里的一些小碎片会被“撞飞”,产生巨大的能量。这种“玻璃珠”就是原子,这个过程就是核聚变。在太阳的中心,有一种叫做氢的“玻璃珠”,它们相撞并融合,变成另一种“玻璃珠”——氦。在太阳内部,这样的碰撞无时无刻不在发生,因此太阳可以不停地向外界释放自己的光和热。
人造太阳设计图
如果能利用核聚变原理,制造一个与真实太阳类似的装置,就能化解能源危机。但是,氢原子要达到很高的温度和速度才能发生核聚变,并不是这么容易实现的。你和同事们不断钻研,终于,一张设计图被绘制出来。
开始实验
人们在这个设计中看到了希望,大家团结起来,齐心协力进行人造太阳的建设。其实,这是一个真实存在的项目,它的名字叫“国际热核聚变实验反应堆”。早在1985年,这个项目就被提出,目前仍处于建设当中,预计2021年建成,它将有5层楼高,直径30米长。
据科学家们计算,在人造太阳开始运转的几百秒内,它就会放出巨大的能量。它的发电速度和效率比人类以往的任何一种技术都要高得多;而核聚变所需的原料——氢原子可以从海水中获得,取之不尽,用之不竭;与传统的核裂变相比,核聚变的产物也几乎没有放射性,不会对人体和环境造成损害。如果能在各个国家的沿海地区建造人造太阳,那么,这些“小太阳”产生的能量加在一起,就能成为人类一个巨大的能量之源!
在未来……
人造太阳虽然前途无量,但还有许多问题需要解决,如实际运行温度不够高、核聚变时间不够长等。尽管你现在还不是科学家,而是在校园里读书的少年,但通过刻苦的学习,你也有机会成为一名真正的科学家,为解决人类的能源问题付出努力。
太阳VS人造太阳
太阳
年龄:约46亿岁
与地球的距离:1.496亿千米
质量:相当于333000个地球
大小:直径1392000千米
组成:91%是氢,其余几乎都是氦
温度:核心温度高达1.5×107℃
能量:3.8×1026瓦特/秒
人造太阳
年龄:正在建设之中
与地球的距离:0千米
质量:2×106千克
相当于400头大象
大小:主装置直径30米
组成:人造合金、磁铁等
温度:理论运行温度超过2×107℃
能量:5×108瓦特/秒