流浪地球重聚变发动机技术和核聚变有什么关系

文章插图
春节电影《流浪地球》超过20亿票房。其中提到一个词“重聚变发动机技术” 。那么这是什么技术呢？重聚变发动机技术跟核聚变有什么关系呢？什么是核聚变？本文来探讨下。
重聚变发动机是什么
在《流浪地球》里，还有一些引人注目的“大家伙”——高度达11千米，比珠穆朗玛峰还高2.2千米的重聚变发动机。每台发动机能提供150亿吨的推力，而这样的发动机在欧亚大陆和美洲大陆总共有一万两千台，总共能提供150万亿吨的推力，如此大的动力方可在5年左右将地球推进到逃逸太阳引力的最低速度，即16.7公里/秒。
【流浪地球重聚变发动机技术和核聚变有什么关系】

文章插图
重聚变发动机技术
李晋斌解读，重聚变，就是由重原子进行的核聚变。“我们常听说聚变的是轻核聚变即氢聚变反应变为氦放出巨大能量，这也是太阳产生能量的主要方式。人类能做到的还只是利用氢原子进行的不可控核聚变（氢弹），但氦并不是核聚变的终点，氦可以继续聚变生成碳，碳继续聚变生成硅，即氦–4→碳–12→硅–28 。
硅当然也不是核聚变的终点，大质量恒星后期的聚变反应就是“重聚变” 。从“硅”开始大质量恒星“重聚变”过程是：硅–28→硫–32→氩–36→钙–40→钛–44→铬–48→铁–52（铁–56），核聚变走到铁这一步，就不再释放能量，而是吸收能量，所以重聚变最后产生的废渣就是铁。“重聚变”释放出的能量，比氢弹爆炸释放的能量要大很多很多。当然重聚变需要的温度也高得多、压强也要大得多才能实现。
小说和电影中，利用岩石为主要燃料进行核聚变就是这个过程。我们地球上岩石的主要成分是“硅” 。正是有了重聚变发动机，才能让“流浪地球”计划成功，因为岩石在地球上到处都是，提供了无穷无尽的燃料。至于如何实现可控“重聚变”，那就是科学家而非科幻小说家的任务。
核聚变简介
核聚变的原理
核聚变，即轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核（例如氦）时放出巨大能量。因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质，组成，结构与变化规律的科学，而核聚变是发生在原子核层面上的，所以核聚变不属于化学变化。

文章插图
热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但尚无法加以利用。
如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。
冷核聚变是指：在相对低温（甚至常温）下进行的核聚变反应，这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变（恒星内部热核反应）而提出的一种概念性‘假设’，这种设想将极大的降低反应要求，只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚，或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或者让中子定向输出，就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应，同时也使聚核反应更安全。
核聚变的实现方式

核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。
通常有三种方式来产生核聚变：

1.重力场约束；2.惯性约束；3.磁约束。
其中主要的可控核聚变方式：
激光约束（惯性约束）核聚变（如我国的神光计划，美国的国家点火计划都是这种形式）
磁约束核聚变（托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等），这种方式目前被认为是最有前途的。

文章插图
未来关于核聚变的研发趋势

中国新一代热核聚变装置EAST2010年9月28日首次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
负责这一项目的中国科学院等离子体所所长李建刚研究员说，此次实验实现了装置内部1亿度高温，等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。
EAST装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。
美、法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（ITER）计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳” 。

文章插图
中国于2003年加入ITER计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。
EAST大科学工程总经理万元熙教授说，与ITER相比，EAST在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的，而EAST至少比ITER早投入实验运行10至15年。
据科技日报2014年10月17日消息，美国老牌军工巨头洛克希德马丁公司近日宣布，其已在开发一种基于核聚变技术的能源方面取得技术突破，第一个小至可安装在卡车后端的小型反应堆有望在十年内诞生。
从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明” 。