Ⅰ 一個幾年前的3d動漫,裡面男主受任務為解決地球能源危機出發尋找新能源,休眠後發現飛船墜落到未知星球
核聚變是不是人類在這個地球上唯一能讓我們離開星系的能源了?
以現在的眼光看來,核聚變幾乎就是我們最終的理想能源了,盡管在這個道路上依然困難重重,但我們仍然不遺餘力的在努力著,並且已經過了黎明前的黑暗,光明似乎總是差那麼一丟丟,至少我們已經看到曙光了!
核聚變的原理很簡單,如上所示四個氫核聚變為一個氦核的,丟失0.7%的質量,然後以E=MC^2的方式釋放出來,由於燃料非常容易獲得,因此我們一直都認核聚變是終極的能源!
但要獲得原理如此簡單的能源的條件近乎變態,太陽的內核溫度1500萬度似乎並不高,但壓力高達340億個大氣壓,我們無法實現如此高的大氣壓,因此只能退而求其次提高溫度,但最低聚變條件的氘聚變溫度需要5000萬至1億度
即使是最容易的氘聚變,也讓科學家有些束手無策、黔驢技窮的感覺,個中的難點是超超高溫的等離子體極難控制,加熱溫度保持機制也是難點,內壁耐熱材料一樣是難點,連內壁外的超強磁場線圈製造業是難點......但前途實在是太過無量,所以科學界對於核聚變從來都是義無反顧、前赴後繼,誘惑實在是太大了!
以ms計的聚變等離子體保持過程,最後一閃就是熄火了.....
不說這種沉重的話題了,下面介紹下聚變的種類吧,哪個適合用在什麼地方,了解下未來的用途
一、磁約束核聚變
1.托卡馬克核聚變裝置
托卡馬克結構的核聚變裝置
2.仿星器
仿星器結構的核聚變裝置
二、慣性約束核聚變
激光點火的NIF(國家點火裝置)
當然以上無論哪種實現商業化都是對未來發展巨大的幫助,但幾種結構中,慣性約束核聚變是比較適合宇宙航行的,因此我們的飛出太陽系的希望寄託於慣性約束核聚變了。
這個尾部中心閃光就是想像中的慣性約束核聚變的希望之火,理論上裝備這種發動機的飛行器可以達到光速1%-10%,這一個非常有誘惑力的速度,它將使得我們能在40-100年內到達比鄰星,看上去似乎仍然非常漫長,但這已經是我們能夠達到的極限了。
除非未來實現跨越狹義相對論框架的發動機,但我們依然需要為其提供能源,無論如何核聚變都將是未來可以預計的時間內的終極能源,也將是我們以後宇宙航行中為之依賴的不可或缺的未來!
應該是距離我們最近的新能源,但不是我們人類已知最強的能源。你們先吃個瓜,聽我慢慢說。
人類 科技 以燒火為起點,以燒水為本。從18世紀的蒸汽機開始,人類利用燒點啥讓水膨脹來給我們做功。直到現在,所有的核電站依然在「燒水」,通過這種方式轉化為電能。所以人類當今的 科技 能量來源,還是以「燒水」為本。當然偶爾燒個油,用個光伏發電,但還是燒水多一些。
核聚變是個好東西,除了反應前後產物沒有多大輻射之外,過程更容易控制。能源不能控制就不好玩了,總不能坐在炸彈上上太空吧。(emmm,目前好像就是坐炸葯上太空的。)
核聚變相對核裂變更容易控制,雖然現在的核裂變電站也很安全,把控制棒懟進去就可以停止核反應。但是廢料還是有輻射的。而且核電站釋放能量的速度,並不能滿足我們進行星際旅行所需能量。核聚變就可以,所以核聚變也叫作人造太陽。
目前的問題就是怎樣啟動核聚變,核聚變需要能量才能啟動,目前很難製造其啟動的條件。一旦啟動,依靠自身就可以繼續反應。
的確,核聚變比裂變更好使,前提是能使。但他們釋放的能量,其實還是一個級別上的差異。類似燒柴火和燒汽油。
也就是說,將來的太陽系內旅行,用核聚變供電是非常完美的選擇。但是要用核聚變提供動力,進行星際旅行,目前看來還是有點虛。
核反應也就是把一小部分質量轉化為能量,正反物質湮滅可是全都轉啊。我們已知最強大的能源可能就是正反物質湮滅。一克正反物質湮滅釋放的能量是1.8 x 10^14焦耳,相當於4300噸TNT當量。如果能用某種方法保存一些反物質,那麼也就不愁能源問題了。
核聚變可以產生巨大的能量,但接近光速的飛行也需要巨大的能量。
而且接近光速飛行需要的能量,可能是核聚變也不一定夠的……
脫離太陽系很容易做到,旅行者一號已經做到了;之前的先驅者10號、11號也做到。他們都沒有使用核聚變。所以脫離太陽系基本是不需要核聚變的。
那離開銀河系呢?
科學家估計,要脫離銀河系,速度至少在500千米/秒以上,這個速度仍然是遠遠小於光速的。一個一千克的物質,要加速到這個速度,需要的能量,相當於1.39毫克物質釋放的能量,如果按照聚變效率1%來算,也只需要消耗139克的燃料(總重量的13.9%),所以仍然是可能的。
但這個速度其實是不夠的,因為人的壽命是有限的。銀河系的直徑是以十萬光年來算的,就算是用光速,也得十萬年。即便太陽系不在中心,也得一萬年才能走出去……
但好在根據相對論,只要速度足夠快,飛船里的人就不需要那麼長時間。假設我們要求30年走出銀河系(飛船參考系),那需要多快呢?答案是:0.倍光速左右。
要達到這個速度,一千克的物質,需要3332千克物質湮滅產生的能量。換句話說,你要推動一個飛船達到這個速度,同時得消耗飛船幾千倍的質量對應的能量,而這些燃料還可能得放到飛船上……
幾乎是個不可能的任務。
核聚變是目前已知的、人類有望近期能夠掌握的革命性能源技術,一旦可控核聚變技術成熟,那麼我們就可以利用,比如拿來發電,拿來作為宇宙飛船的動力,這一切在200年內應該能夠普及。由此可見,核聚變也應該是這個地球上唯一能讓我們離開太陽系的能源,但是也不是絕對的。因為在新能源領域,還有潛在的能源,比如反物質推動、曲速驅動等,都是很有潛力的星際航行技術,只不過這些技術距離我們太遠,甚至連個理論基礎都沒有。
核聚變不一樣,工程樣機就擺在那裡,不論是德國Wendelstein 7-X,還是麻省理工托卡馬克聚變反應堆,都具備了一定的成熟度。德國Wendelstein 7-X已經開始運行,多次試驗證明其能夠輸出能量,其造價達到10億歐元,可以模擬產生恆星內部的極端環境,利用核聚變產生能量。核聚變技術距離實用化還有數十年的距離,因為目前的一些技術基礎還不能克服,核聚變反應堆主要兩類,一個是托卡馬克核聚變裝置,另一個是仿星器核聚變裝置,後者使用3D磁場控制,前者使用2D磁場來控制。
美國能源部物理學家和德國科學家對Wendelstein 7-X多次試驗表面,3D磁場控制的仿星器核聚變裝置安全系數更高一些,磁場在仿星器中扮演非常重要的角色。從目前看,核聚變當然是唯一能讓我們離開地球的能源,但距離離開星系還遠著,因為銀河系直徑10萬光年,依靠核聚變也無法飛這么遠。
人工可控核聚變是目前人類最希望突破的能源之一。
以核聚變發動機為能源是近期可能實現星際旅行的最有效的方式。
核聚變是太陽等恆星的能量來源,人類在上世紀已實現不可控的人工核聚變,當然是以氫彈這種不可控的方式。氫彈爆炸時,由原子彈引爆產生的高溫高壓實現點火,利用慣性約束高溫等離子實現輕核熱聚變,聚變能量在瞬間釋放。
對於人類來講,地球也並不能一直是我們平安家園,我們總要走出這個星系,去尋找更多的資源。那麼可控核聚變發動機就是人類實現星際旅行目前最有可能的方式了。
目前地球上,對於能量緩慢釋放的可控核聚變,難度主要在對高溫等離子體的約束,目前人類對可控核聚變反應堆的研究也有幾十年了。目前有希望的途徑是磁約束和激光慣性約束。磁約束目前各國研究喝多,常見的磁約束裝置是托卡馬克聚變實驗堆,世界上有美國,德國,中國,俄羅斯等國都建立了可控熱核聚變反應堆。當前都還處於基礎研究階段,可望在幾十年內取得突破。
核聚變也並不是人類星際航行的唯一能源,只是目前最可能突破和實現的能源方式。其他諸如反物質飛船,曲率驅動飛船這些目前尚在理論 探索 中,只能暫時出現在各種科幻作品中。
量子實驗室,歡迎評論和關注。
目前,人類尚沒有把任何人造物體送出太陽系,而人類本身也沒有突破地月系,究其原因,最主要的就是因為能源問題,人類尚沒有有效的能源用於宇宙航行。
在動力學中,我們用比沖量來衡量火箭引擎效率,它的定義是火箭發動機每秒消耗單位質量推進劑產生的推力,或者是單位質量推進劑產生的沖量,單位是秒。比沖量越高,表示火箭發動機的效率越高。目前人類在航天領域普遍使用的能源是化學燃料,但這是一種非常低級的能源,能量釋放效率非常低。
使用化學燃料的火箭被稱為化學火箭,分為固體火箭和液體火箭,其中固體火箭的比沖量為290秒,液體火箭的比沖量則是300至453秒。在一些航天器上,我們還使用核動力作為能源,比如說著名的旅行者一號,就是使用核電池作為能源。目前人類使用的核能都是核裂變產生的能量,這種能量比化學燃料要高級,比沖量可以達到幾千秒。但是,核裂變火箭的推力較小,只適用於無人的遠距離航天器。
核聚變是人類在近期有可能掌握的新型能源,相比於核裂變,核聚變的效率更高。目前,人類往返火星需要四年,而如果使用核聚變火箭的話,將縮短至兩個月左右。相比於反物質引擎、曲率引擎等更加「科幻」的技術,核聚變有著堅實的理論基礎,雖然技術上還有一些問題,但它是最有希望實現的新能源了。
目前來看,在可以預見的未來,比如在未來100~500年之內,也只有利用核聚變技術為宇航活動提供能源。人工核聚變是一項很有前途的技術,目前正在日以繼夜的攻克。核聚變,它是太陽等恆星能源的來源,對能源的利用率比較高。過去,我們人類想要發射一枚火箭到太空去,通常用的是化學火箭,通過給火箭灌注大量的化學燃料,用化學能把火箭推送上天。化學火箭一直是航天業的主流產品,優點是技術簡單,容易獲得,缺點是效率低下,火箭體積過大。而核聚變技術可以克服化學火箭的缺點。錢學森是著名的火箭控制專家,他在20世紀30年代末就構想過利用核聚變技術把火箭發射到天上去。你是不是大跌眼鏡?要知道,當時可是30年代,不是60年代,70年代,當時"火箭"這個詞彙,僅僅出現於科幻俱樂部會員之間的交流,錢學森的老師為了避免讓民眾認為火箭太科幻,而把實驗室改名為"噴氣實驗室"。當時,不要說核聚變火箭,就是化學火箭,對大眾來說都是一個科幻上的概念。但是,錢學森具有超越時代幾十年的前瞻性,他還國內的時候,就提出了核聚變火箭的概念,讓人驚嘆他的創造力。現在,美國人制定了一個遠征火星的計劃,打算用火箭把幾名宇航員送到火星地表上面去。由於路途遙遠,需要一年半左右才能到達,用傳統的化學火箭已經不夠用,所以需要開發人工核聚變的火箭。這個技術難關主要在於體積的小型化,目前美國科學家已經取得了一定的進展。預計最早到2025年,真正可靠的人工核聚變火箭就可以完成製造。至於科幻小說之中的其他"能源",比如,什麼反重力技術,什麼真空零點能量,這些概念都過於超前,在理論上還僅僅是假說,沒有得到證實。如果要開發出這些概念 科技 ,至少在目前是完全無法想像的,完全沒有頭緒。所以,在可以預見的未來,核聚變火箭還是宇航局的首選。
核聚變是目前看來比較靠譜的太空航行的能源,但是不是唯一能源。
要想飛向太空,燒煤顯然是不行的,所以現在的火箭用的是更高效的燃料,即使這樣可提供的能量也是很有限的。看起來非常巨大的火箭,裡面的燃料只夠燃燒一小會。現在很多國家的火箭只夠發射近地軌道的衛星,只有極少數國家才有那種能把人類送到月球上的大推力火箭。
指望現有的火箭燃料來長期推進太空飛船是不現實的,目前的飛船和衛星一般用的太陽能,但是如果我們打算飛出太陽系,那麼太陽能可能就遠水解不了近渴了。於是有些飛船用了核裂變的能量,核裂變的好處是容易發生,壞處是有核輻射、利用效率不高。
核聚變正好與核裂變相反,好處是安全環保、能量利用效率高,缺點是不容易發生。雖然太陽每時每刻都在核聚變,但是這事對人類來說還是很困難的,因為我們沒有太陽那麼大的體量。實驗室里難以達到太陽核心那種極端的環境,而且還沒法持續、經濟的運行。
現在世界上有幾十個核聚變裝置,美國二十幾個,我國十幾個,俄羅斯幾個,這些裝置想要放到飛船上還需要很多的改進。比如關鍵的一點是,核聚變裝置產生出來的能量得比它消耗的能量要多,不然就沒法用。光是這點,目前很多核聚變裝置就達不到。
其實,如果考慮用最少的物質產生最多的能量的話,正反物質湮滅會是比核聚變更高效的星際飛船能源,只不過我們目前還不能大量製造或者獲取反物質。也許隨著科學的進步,我們今後能發現更好更高效的能源,來推動人類飛出太陽系甚至銀河系。
星系?不知道題主所說的星系究竟是太陽系還是銀河系?太陽系和銀河系是兩種宇宙尺度結構,前者的半徑最多隻有3光年,而後者至少可達5萬光年。
如果我們想要飛出太陽系,利用核聚變產生的能量可以做到。目前人類正在研究可控核聚變技術,一旦有了實質性的突破,到時不僅能夠解決能源危機問題,也能使我們在太空中走得更遠,人類沖出太陽系將不是夢想。
但如果想要離開銀河系,僅靠核聚變能量是不夠的,因為它的質能轉化效率並不高。比較有可能的是利用反物質和正物質的湮滅反應,這是人類目前已知最高效的能量來源。不過,目前對於反物質的研究還在起步階段,現在製造出的反物質粒子都是論個計算,還遠不能用於實際。
利用反物質進行星系際旅行,這就會涉及到相對論效應——時間膨脹效應。通過把星系際飛船加速到亞光速,飛船上的人類可以在短時間內飛出銀河系,但這個時間對於地球上的人類來說極為漫長。
理論上,宇宙中還存在一種負質量的物質,利用它們可以開啟蟲洞,或者製造出曲速引擎。在這種負能量的作用下,星系際穿越將不是問題,並且也不會出現時間膨脹效應。
不過,負質量還只是停留在理論階段,目前與這種效應有關的是能夠產生負壓力密度的卡西米爾效應。
答:能源這塊,和我的大學專業聯系挺緊密的,我來談一點我的看法。
可控核聚變,無疑是人類最迫切希望得到突破的技術,我們的科學家已經研究了半個世紀。要想實現星際航行,沒有可控核聚變的話,別說離開銀河系,就算離開我們太陽系都是很難的。
我們來分析一遍,目前人類的所有能源方式的特點。
一、傳統化石能源
包括煤炭、石油和天然氣,目前人類對化石燃料的利用已經達到了頂峰。
以目前的開采速度,全球的石油和天然氣還能供給50年,煤炭還能供給100年;對於中國,不從外進口的話,石油和天然氣時間縮短近1/5,煤炭稍微多一些。
化石燃料對環境污染非常大,這也是化石燃料的詬病;化石燃料唯一的優勢,就是開采技術和利用效率,已經達到了很高的水平,技術可以說相當成熟。
化石燃料的特點,決定了它只能解燃眉之急,未來肯定是靠不住的。
二、水利發電和風能
之所以放到一起,是因為這兩個能源有很多共性,首先兩者都算是清潔能源,而且都是取之不盡用之不竭。
但同時,兩者都會對生態環境造成一定的影響,水利發電影響降水;發電的選址由地理條件決定,靈活性較低,現階段無法代替火電。
對於未來的星際航行,除非人類發明高效的能源儲存技術,否則對星際航行起不了多大作用。
三、太陽能和氫能(氫氣)
這兩個能源,算是清潔能源中的佼佼者,如果兩者同時得到突破,那麼人類在地球上的能源消耗,完全可以替代掉化石能源。
太陽能取之不盡用之不竭,氫能(氫氣)具備高能量密度,我們可以利用太陽能分解水得到氫氣,而氫氣方便運輸和儲存。
在太空中,太陽能更是源源不斷;但是,對於超出太陽系的星際航行,太陽能的獲取將大大打折。
四、其他新能源
比如可燃冰、生物質能、地熱、潮汐能等等,目前技術不成熟;但是也存在各自的局限,可以作為未來能源的補充,要想成為人類能源的主導,不太可能。
五、核能
核裂變的最大缺陷,就是廢料的核污染,而且地球上核裂變的燃料(鈾)也是有限的。
氫同位素的核聚變過程,沒有任何放射性廢料產生,釋放的能量比核裂變大,而且氫的同位素在海水中大量存在,完全足夠人類使用數億年。
如果以氦-3作為核聚變燃料(3He+3He→4He+2(1H),ΔE=12.860MeV),聚變過程就沒有中子產生,意味著不會存在核輻射,是相當清潔的能源,而氦-3在月球土壤中大量存在。
我國屬於能源大國,對未來能源的重視度可想而知。目前,國家大量扶持風力發電和太陽能發電,就是為了在未來擺脫化石能源的限制。
對於可控核聚變,關鍵的技術之一是核聚變的點火,目前主要方式有激光點火和磁約束點火(托卡馬克裝置)。
比如美國的「國家點火裝置」,就是研究激光點火;國際合作的「國際熱核聚變實驗堆計劃」,研究的是托卡馬克裝置點火;對於中國科學院等離子體物理研究所,也有自己的托卡馬克裝置。
可以說,無論從那種角度來看,核聚變都是人類現階段,有可能掌控的終極能源之一,人類要想進行星際航行,除了可控核聚變外,確實沒有更合適的能源能夠替代。
缺點就是可控核聚變技術,貌似遙遙無期,不知道我們這輩子能否看到?
Ⅱ 中國集數最多的動畫片是什麼
《海爾兄弟》是中國建國以來最長的動畫片,世界排名第四,也是世界上由跡拆企業投資拍攝的最長一部動畫片。主人公海爾兄弟從太平洋出發,首先駛向北極,然後漂過波斯灣,飛越地中海,經過種種艱難磨難,穿過古代絲綢之路來到中國,領略了中國輝煌的文化文明,環球一周又回到逗亮太平洋。一路經過五大洲、四大洋、56個國家,歷經238種艱難險阻行程19萬多公里,相當於環球近5周,是《西遊記》唐玄奘西天取經行程的20多倍長。《海爾兄弟》通過描述海爾兄弟的探險經歷,向人們傳遞了遠至古埃及,今到網路黑客;小從姿指棗小孔成像,大到核能航天機等豐富的科學與人文知識,以頗具現代感的動畫形式給人們帶來全新的視覺效果和深切的內心感受,以引人入勝的故事情節滿足人們一探究竟的好奇心,人們往往是在意猶未盡之餘,又開始下一集的期待……整個故事情節健康向上,融知識性、趣味性於一體,引導幫助小朋友樹立正確的世界觀、人生觀