可控核聚變真的能夠為人類提供近乎無限的能源么?
聚變消耗的燃料是氘(氫的一種同位素),海水中氘的含量非常高,平均每6420個氫原子中就有一個氘原子。地球上約有噸海水,也就是噸(四十萬億噸)氘元素。不考慮能量轉換效率的話,這麼多的氘理論上能產生千瓦時(九億億億度電)能量。
IEA給出的2013年全球能量消耗約千瓦時,按這個消耗速率,地球上的氘夠人類用900億年。
僅僅從燃料儲備上看,可控核聚變的確可以看做是一種近乎無限的能源。
---------------------------------評論中有有很多人問氘從海水中提取是否很困難,這裡統一回復一下吧:
1kg重水(一氧化二氘)的價格大約是7000人民幣,電解重水耗能相比之下可以忽略。而1kg重水用於聚變可以產生大約千瓦時(八千萬度電)的能量。按目前電價算,等價於四千萬人民幣,差不多是一本萬利。---------------------------------當然,以上所有計算都是理想情況,真實情況下有能量轉換中會很多損耗,核電站的運行成本也不能忽略。但即使打個0.1折,那也是按一本百利的成本用9億年。用目前的眼光來看,這的確算是廉價而無限的能源了。用靜止片面的眼光看問題,自然會覺得無限能源並不存在,但是隨著核聚變技術的突破,人類的野心固然會隨之增長,能源消耗必然大幅度攀升,但是與此同時人類運用太陽系內能源的能力也會隨之大幅度增長。
核聚變技術突破後,太空產業必然極速發展,因為核聚變發動機可以使得人類擁有快速前往其它行星的能力,開發火星,木星,金星勢必成為熱潮;但與此同時,太陽系裡的氚氘資源也會隨之開發,木星質量是剩餘七大行星的2.5倍,其上的氕氘氚資源遠比地球豐富,這還沒有算上土星和太陽。如果將其計算,那麼人類真的擁有幾乎無限的能源了。在對太陽系大開發的年代,資源真的近似於無限,地球資源尚可支持,地外資源異常豐富。
但是從另一個角度來看,任何實物都是有限的,隨著人類對太陽系進一步開發,以及人均需求的增長,必然又會有新的短缺產生。但那已經是太陽系遍布太空城的年代了,保守估計也是幾百年後了,如果有幸,我們也許會見到這一盛世(人體冬眠)。不過那個時候,人類要是還沒有開發出更高級能源,那人類也只能是等待滅亡了。不過我們作為古人,不應該隨便低估幾百年後人類的智力和知識水平。
清朝的最頂尖的知識分子也不會猜想到今天的人造衛星吧?我們與幾百年後子孫的差距可遠遠大於清朝啊。就像前面有評論說的,就人類現在的水平,再提升十幾萬倍,也夠用幾百萬年的,還有其他行星上也有更大量的儲備。。。支持人類用,直到滅亡或者找到其他能源,或者找到其他宜居星球,完完全全夠用了。人類的慾望並不是無限的,它受到了科技水平的限制,討論這個又是另一個很大的話題了~
核聚變提供的能量是無窮的,但是不代表人類的核聚變工廠的能量是無窮的。核聚變分為三種,氘氘反應,氘氚反應,氘氦3反應。第一種和第三種技術難度非常高,目前攻關方向是氘氚反應,氘在地球上儲量是非常豐富的,問題出在氚上了,氚在地球上儲量低得可憐,主要靠人工核反應製取。氘氚反應會生成中子,中子與鋰6反應生成氚。也就是說,在目前可以看到的技術水平下,核聚變取決於鋰六的儲量。目前鋰儲量上億噸,雖然鋰六隻占鋰的6%,但是總體數量也是可觀的。貌似聚變對人類來說是無窮無盡的能量。但是,無論激光核聚變還是托卡馬克,都要用到大量稀有金屬,比如托卡馬克要用到的超導體就是由稀有金屬構成的。而且很多都是稀土金屬,是地球上非常短缺的。也就是說核聚變對於人類來說絕非無窮無盡的能源,有可能是非常昂貴的能源。即使我們搞定了核聚變,還是需要用漫長的歲月研發更先進的技術降低它的成本。
確切的說聚變反應有多種形式,包括氘-氘(D-D)反應,氘-氚(D-T)反應,氘-氦3(D-He3)反應等,而目前聚變界普遍認為(D-T)反應是是最容易實現的聚變反應,因為它要求的三重積最低,也就是說要求的反應條件最容易達到,各國科學家都在為實現D-T聚變反應的穩定燃燒而努力。
He3在地球上幾乎不存在,月球上卻儲量豐富,它是T的衰變產物之一。D和T都是氫(H)的同位素。D元素,如最高票答主所說,在海水中的存儲量是十分豐富的,幾乎可以認為取之不竭。但是T元素不然,在整個地球範圍內,天上地下海中,僅有3.6kgT元素,如此少量的T分布在世界各個角落,是無法被人們所利用的。因此,聚變研究的初級階段的T只能依靠人工生產,如:ITER-國際熱核聚變實驗堆。
目前,世界範圍內產T主要使用CANDU重水堆,年產T量大約在100g,而1GW的聚變電站,每年發電消耗的T為約56kg;並且,T是一种放射性核素,每年約衰變5%。因此,如何獲得足夠的啟動T量,並將之存儲應用也是一個很大問題。
如果ITER項目有突破,之後的聚變示範電站或聚變工程實驗堆的研究中將考慮「氚自持」的問題,也就是聚變堆一邊消耗T,一邊自己產生T,這將緩解上述問題,但新的問題也將出現,如氚安全、氚工廠處理時間等問題。
話又說回來,D-T發生聚變反應可以產生T,也有科學家做過利用D-D產T來啟動聚變堆的相關研究,但是D-D反應所需的聚變三重積比D-T反應高量級以上,也就是說,從邏輯上講,實現了D-T反應之後才有可能實現D-D反應。
因此,可控核聚變能否為人類提供近乎無限的能源,目前階段還得看「氚」的臉色。從開採煤炭到枯竭,從開採石油到枯竭,同理,能量利用提供生產力發展,生產力水平越高,能量消耗越大,不要用現在的生產力水平去衡量未來的能量利用。
我想說的是,大家顯然低估了人類的能源需求。( 甚至不少人恨不得樂觀的估計,可控核聚變商業化一旦實現,共產主義社會就會到來。)
在愛迪生剛剛發明電燈的時代,電能需求說多一點,美國的富人們人均日耗電量到10多度頂天了。
現在呢?
可控核聚變帶來的影響,是很多以前因為能耗巨大而十分昂貴的生產方式,在電能廉價的時代被實用化。從而也使得很多以前無法大量生產的物質的量產成為可能。
對社會形態帶來的影響,需要這一技術形成技術上的「外溢」,通過廣泛的副效應來實現。
所謂的無盡的能源,在無盡的慾望面前什麼都不是。
洛克菲勒在打下美孚公司第一口油井的時候,石油只是用來提煉煤油供照明使用,剩餘的產物則作為瀝青用在建築防水和路面施工――若以照明和瀝青這些簡單的用途,世界石油的儲量估計也夠人類用個幾百萬年的。
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評論區很多人可能對無限,或者近似無限沒有概念。
需要提醒一點的是,1949年我國的發電量是43億度,而2016年則是6萬億度。
從農業社會末期發展到第三次工業革命的中後期,這67年的時間,中國年發電量增長了1395倍――換言之,2016年中國一年發的電足夠1949的中國用1395年。
當然,如果要追上美國2016年人均年發電量1.3萬度的標準,中國年發電量要到18.2萬億度……也就是1949年的4200倍左右。
這67年中國人口只增加了約2.6倍,將來會不會因為能源廉價了,食品產量增加,醫療條件更好,人均壽命更長,人口增長遠高於過去67年?
比如說,未來六七十年,發電量和耗電量也增長個1400倍左右,這個可能性存不存在呢?
假設在可控核聚變應用成功的情況下,如果全世界都保持中國過去67年的發電量增長速度……
之前有答案說海水裡的氘,拿來搞聚變,理論上可以供全人類用900億年?(當然這個理論上的上限是絕無可能的)
900億除以1400的三次方等於多少?也就是200年以後,全世界的氘還能用32.8年……
這還沒考慮損耗和效率的問題。
所以我個人猜測,即使解決了可控核聚變的問題,也只能為人類續個最多150年的時間――要是不解決外太空移民和超長途能源輸送的問題,人類還是會被鎖死在某個發展階段。
上面的推測並不嚴謹,但建議各位還是要用發展的眼光看問題啊。
開心果定理,
我有一倉庫開心果,大家免費吃。但是吃完要把果殼留下。最後不會被吃完,因為從一堆果殼裡找幾個開心果的成本大於自己去市場上買。海水裡的氘,一開始富集的成本比收益高。越取越稀薄。最後富集成本高於發電耗能時,就相當於用完了。(在現有科技的前提下)指不定未來人類會突破出什麼更加bug的能源,所以,至少在人類利用戴森球之前是用不完的,哈哈。關於戴森球來說(或者戴森環,或者雲),或者關於皇帝的金鋤頭。神級文明會不會用什麼bug能源,的確無法推斷。但是和人類水平差不多的文明,太空太陽能陣列的費效比很高,可預測的未來,太空城市必然要求使用更多的能源
現在美國人都是能量大頭,如果全人類都用過上美國人的生活,核聚變夠用但是700億人呢?
7000億人呢越是發達的文明越是需求能量
戴森球在可預測的未來,明顯很有必要有一個紀錄片是講美國玉米種植的。
在優良的氣候,機械化生產,自動灌溉,轉基因等等技術的應用之後,美國玉米產量達到高峰,高到大量出口都有剩餘的程度,為了避免玉米價格下跌,美國人又開始研究生物乙醇,和釀酒有點類似:把主糧轉化為乙醇作為汽油添加劑,作為汽車燃料。這種技術大量消耗了玉米,甚至導致玉米短缺了。相似的,別說可控核聚變,即使是可控反物質,到時候尖端國家人類也會把這些多餘的電力消耗的一乾二淨。
比方說,現在人類能源緊張吧? 你看看人類現在是怎麼玩的
比特幣大"礦場"每天能挖60萬元 每小時耗電4萬度
科學家:讓我們來做一個驗證弦論的加速器吧!
如果地球文明的生產力不再繼續發展的話,可控核聚變確實能給我們提供近乎無限的能源。
但如果後來的人類發展出了一天之內就能從地球到達火星的耗巨能且便宜的飛船,人類會棄之不用嗎?那麼多猿類的子女在火星讀大學呢,還有星際間的異地戀。。。這些未來人類的需求,我們有嗎?我們考慮嗎?要把耗能計算在內嗎
今年上半年有個新聞,說一個非洲的小伙第一次吃到雪糕就被感動哭了。這個例子告訴我們——用戶並不了解自己的全部需求。我們現在都不能了解自己的全部需求,更無法想像未來人類的需求。
你如果把秦始皇活生生的帶到現在社會,她發現你一天內消耗的能量——電燈,空調,冰箱,電腦,汽車——比她的皇宮一年點燈燒鍋還厲害,她肯定不回去當皇帝了是否無限能源我不知道,但是有一點是非常肯定的,電費單價是絕對不可能降的,你們趁早死了這份心。
我倒是覺得長期看應該是無限的,短期看不但有限而且十分有限。
先上圖那要暢想一下,未來真的實現了H H聚變,那可就真的取之不竭,用之不盡,喝一碗倒一碗了。
慾望(需求)是無限的。
把火星改造為人類適宜的環境需要多少能量?
把地球牽引到比鄰星需要多少能量?
把太陽系牽引到銀河系外圍呢?
讓仙女座星系併入銀河系呢?
就跟手機一樣,從最初大哥大一塊電池能用多久,到現在智能機一塊電池能用多久,而這其中電池容量發生了怎樣的變化,而人類對於手機的需求又發生了怎樣的變化,這個道理可以完全套用吧。
不能,僅僅是讓本文明進入 II 類文明而已。不但不會讓人類擁有無限能源,只會刺激更大的能源需求,更「缺」能源。就像我們平常人缺個幾萬,有錢人卻動不動缺幾百萬,幾個億而已。
不能
可控核聚變提供的能源在長期來講還是太小,太少了,人類現在認為可控核聚變可以提供大量能源僅僅是基於眼光被技術所局限了
比如說,現在人類千方百計把物質轉化為能量為自己所用,有沒有想過以後的人類會把能量轉化為物質?只需要攜帶能量,就可以得到任何想得到的物質了,餓了用能量生成一個包子,困了生成一張床....可以想像這種能量的需求有多麼的恐怖,核聚變即使是戴森球可能也擋不住
200年前,有3匹馬力的車都認為是力大無窮了,現在?
不能但也能
別打先聽我解釋
為什麼說不能呢,是因為一旦可控核聚變普及,能源將變得極其廉價,很多以前捨不得太耗資源的科技技術開始煥發生命,什麼意思呢,就是圍繞著可控核聚變帶來的優勢將催生出一顆旺盛的科技樹,這顆樹越長越大,大到地球上的核燃料和其它資源已經無力維持。
為什麼又說能呢,是因為一旦資源稀缺,將會有足夠的動力去外星球採集,而去外星球就不能只採集核燃料了,那樣多不划算,能用的一併打包帶走,外星資源又將催生出新的太空科技樹,這也是要耗費巨額能源,不斷採集擴充,就像十萬年前人類從非洲走出,然後散布到世界各地,未來人類從地球走出,散布到宇宙各地。
這一切的一切源自於可控核聚變,所以為了人類早點飛出太陽系,你們大家就狠勁的浪費資源,能不關燈就不關燈,能買3.0排氣量的絕不買1.6的,雙十一剁剁剁,喜歡的就算借錢也要買買買,這樣既拯救了中國經濟,又給科學家動力去研究可控核聚變。
對於人類現今的日常生產生活來說,那還真是近乎無限的。不過在理論物理學家的眼中,抱歉,地球上這點氕氘氚還真不夠我們造的。
現在世界上最大的加速器,歐洲的LHC,加速離子的能量上限,也就10TeV級別也就是10^13eV。而按照標準模型,要再發現新粒子,對撞能量要達到10^19eV(好像是,我是學物競的,這些是作為拓展知識學的,可能有錯誤,歡迎指正)能量高了5—6個數量級。LHC實驗一次一個城鎮一個月的用電量就沒了,可以想像再發現新粒子需要的能量有多恐怖。
這也是為何我國要造粒子對撞機有很大阻力,因為在人類現有能力範圍內標準模型中沒有新粒子出現(好像在其他模型中也不多),造出來實際意義不大。感覺【無限】的問題,有點接近可知論和不可知論的討論了。
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