太陽核融合2023必看攻略!(小編推薦)

Posted by Tommy on January 12, 2023

太陽核融合

煙霧、大氣的粉塵、和高濕度都有助於大氣衰減陽光[245]。 一種罕見的光學現象會在日出之前或日落之後短暫的出現,就是所知的綠閃光。 這種閃光是太陽正好在地平線下被彎曲(通常是通過逆溫層)朝向觀測者造成的。 太陽核融合 短波長的光(紫色、藍色和綠色)被偏折的比長波長的多(黃色、橙色、紅色),但是紫色和藍色被散色的較多,留下的綠色就較容易被看見[246]。 從光譜的研究已經熟知光球的元素豐度,但對於太陽內部的成分所知仍很貧乏。

太陽核融合

重元素最有可能是由超新星期間的吸熱核反應產生的,或者是由大質量的第二代恆星內的核轉換通過中子吸收產生的[33]。 太陽核融合2023 已知的核融合反應,首先是太陽產生熱能的方式,其次則是威力強大的氫彈,但這些屬於不受控制的核反應,瞬間釋放巨大能量。 2018年11月,中國科學院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所宣佈在合肥綜合性國家科學中心的全超導托克馬克核融合實驗裝置實現一億度等離子體運行[11]。 2021年5月,EAST創造新的世界紀錄,成功實現可重複的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行,將1億攝氏度20秒的原紀錄延長了5倍[12]。 但由於原子核帶正電,彼此間會互相排斥,所以很難使其彼此互相接近。 若要克服其相斥的力量,就必須適當地控制等離子體的溫度、密度和封閉時間﹝維持時間﹞,此三項條件缺一不可。

太陽核融合: 太陽系

光球層的粒子密度為〜1023m−3(約為海平面單位體積地球大氣層粒子數的0.37%)。 光球沒有完全電離——電離程度約為3%,幾乎所有的氫都以原子形式存在[76]。 光球的化學成分通常被認為是原始太陽系成分的代表[55]。 上述太陽重元素豐度通常是通過使用太陽光球的光譜學和量測從未被加熱到融化溫度的隕石中的豐度來量測的。

太陽核融合

太陽非常明亮,以裸眼直視太陽在短時間內就會很不舒服,但對於沒有完全睜開的眼睛還不致於立即造成危害[234][235]。 直接看太陽會造成視覺上的光幻視和暫時部分失明,只要4毫瓦的陽光對視網膜稍有加熱就可能造成破壞,使眼睛對光度不能做出正確的回應[236][237]。 暴露在紫外線下會使眼睛的水晶體逐漸變黃,並且被認為還會形成白內障,但是這取決於是否經常曝露在太陽的紫外線下,而不是是否直接目視太陽[238]。 儘管已經知道暴露在紫外線的環境下,會加速眼睛白內障的形成,當日食發生的時候還是有許多不當注視太陽所引發的日食目盲或視網膜灼傷。 太陽位於銀河系的獵戶臂內緣附近,在本地星際雲或古爾德帶中,距離銀河系中心的距離為7.5-8.5千秒差距(24-28千光年)[175][176] [177][178][179][180]。 太陽包含在本地泡中,這是一個稀薄的熱氣體空間,可能由超新星遺跡傑敏卡[181],或昴宿星團移動群B1中的多顆超新星產生[182]。

太陽核融合: 太陽黑子

在距離太陽十光年以內的恆星相對較少,最近的是三合星系統南門二,距離地球約4.2光年,可能位於本地氣泡的G雲中[158]。 南門二A和B是一對緊密結合的類太陽恆星,而離地球最近的恆星紅矮星比鄰星,以0.2光年的距離繞著這對恆星運行。 2016年,一顆潛在的適居系外行星被發現繞著比鄰星運行,稱為比鄰星b,這是被確認離太陽最近的系外行星[159]。 隨著溫度的升高,光度保持大致恆定,當暴露的核心到達30,000 K(29,700 °C;53,500 °F)時,太陽質量的一半被電離成行星狀星雲,好像它處於一種藍迴圈。 最後的裸核,一顆白矮星,溫度將超過100,000 K(100,000 °C;180,000 °F),估計包含太陽目前質量的54.05%[143]。

2022年12月首度成功釋放能量達315萬焦耳,高於雷射輸出能量的205萬焦耳。 2023年7月再度取得突破,釋放能量達350萬焦耳,是雷射輸出能量的1.71倍。 核聚變(英語:Nuclear fusion,台灣稱為核融合),又稱聚變反應,是指將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個極輕的核(或粒子)的一種核反應形式。 在此過程中,物質並沒有守恆,因為有一部分正在融合的原子核的物質被轉化為光子(能量)。 核融合(英語:Nuclear fusion,中國大陸、香港稱為核聚變),又稱融合反應,是指將兩個較輕的核結合而形成一個較重的核和一個極輕的核(或粒子)的一種核反應形式。

太陽核融合: 太陽微中子問題

目前全世界最大的核融合反應爐,是位在法國的國際熱核融合實驗反應爐(ITER)。 預計2025年開始電漿實驗、2035年開始氘氚核融合實驗,理想狀態下,核融合釋出的能量將達原料的10倍。 至於安全性問題,核融合並不像核分裂能自主產生連鎖反應,而是需要持續添加燃料維持運行,一旦系統發生問題,也會自動停止運作,因此不容易發生爐心熔毀、甚至輻射外洩的狀況。 當局目前正在法國南部建造國際熱核融合實驗反應爐(ITER),它比歐洲聯合環狀反應爐更大且更先進。 這一新的「人造太陽」最早可能於 2025 年開始運作,英國這次實驗數據將證明攸關重要。 但也有學者認為,核融合過程會產生爆炸性高的物質,且勞倫斯利佛摩國家實驗室曾有參與核武製造的歷史,核融合的安全性仍有疑慮。

後一個特徵是星際介質中大約300光年的沙漏狀空腔或超級氣泡。 氣泡中充滿了高溫電漿,這表明它可能是最近幾次超新星的產物[155]。 探測器用FIELDS和SWEAP儀器量測了太陽風電漿環境[94]。

太陽核融合: 發生條件

例如,電漿產生的中性粒子―中子(neutron)在長時間之下會不斷撞擊托卡馬克的內壁,改變內壁的原子結構,進而造成其衰退,這對必須長久運作的電廠不是一個好消息。 然而至今,核融合所面臨的難題仍是能進行反應的反應爐。 1950 年代起,科學家就使用一種叫做托卡馬克(tokamak,又稱環磁機)的環狀機器,藉由磁場來累積核融合反應的電漿環境。

太陽核融合

在恆星定義的參考系中,赤道的自轉週期約為25.6天,兩極的自轉週期約為33.5天。 從地球繞太陽的公轉來看,太陽在赤道的「視自轉週期」約為28天[46]。 從北極上方的有利位置看,太陽繞其自轉軸逆時針旋轉[47]。

太陽核融合: 近日,美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL)透過「國家點火設施」(NIF)完成核融合反應,創下150%能量淨增益的新高點。不過,核融合反應到底是什麼?它能一圓科學家打造「人造太陽」的夢想嗎?

反應爐的放射性物質與發電時過多廢熱與熱污染該如何處理,至今幾起核電廠事故也足以說明這是不可忽視的問題。 勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的科學家今年春季和夏季進行了一系列重復實驗,但都沒能成功實現「核融合點火」,即沒有實現實驗輸出能量超過輸入能量。 今年 6 月進行的 1 次實驗成功達到能量「收支平衡」。 目前,科學家仍在對近期最新實驗結果進行分析,預計將於學術會議或學術雜誌上正式發布。

太陽核融合

每秒鐘大約有 3.6×1038 個質子(氫原子核)融合成為氦原子核;每秒鐘 430 萬噸的質量轉換成能量;每秒鐘釋放出的能量是 3.87×1026 焦耳,相當於 9.1×1010 百萬噸TNT爆炸當量。 核融合的效率取決於密度,所以融合的效率在核心會取得自動修正的平衡:融合速率略微升高將加速核心釋放出更多的熱量,熱膨脹會將質量向外推擠使密度略微下降使反應速率下降。 這種攝動;這種輕微的速率下降造成核心的收縮和冷卻,又會加速融合的效率,使他再恢復到原來的標準。 雖然目前對此反應爐裝置設計及具體方案沒有太多詳細資訊,但表明人們利用核融合又邁進一步。

太陽核融合: 核聚變研發競賽:無放射性的「小太陽」正在加速成為現實

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  • 美國聯邦調查局(FBI)人員9日在試圖逮捕一名在網上威脅要謀殺總統拜登的猶他州男子時,開槍將該男子殺死,距離拜登原定訪問...
  • 報導稱,儘管這次輸出的能量不大,只夠將約60個水壺的水加熱到沸騰,但它能驗證目前正在法國興建的「國際熱核融合實驗反應爐」(ITER)至關重要。
  • 氫元素是太陽發光發熱主要的燃料,也是宇宙中含量最多的元素,這就是恆星之所以可以持續燃燒數十億年的原因。
  • 氣泡中充滿了高溫電漿,這表明它可能是最近幾次超新星的產物[155]。
  • 《華盛頓郵報》報導,目前核融合領域的專家認為時間倒還次要,最主要癥結在於各國政府與民間財力能否加大資助研發力道,如果條件允許,第一座核融合發電的原型廠有可能在2030年代出現,屆時距離實現商用就為時不遠。
  • 通過對太陽的研究,人類可以推斷宇宙中其他恆星的特性,人類對恆星的了解大部分都來自於太陽。
  • 相較於核分裂,核融合僅會產生如防護衣、過濾器等低階核廢料,通常經過淺層掩埋數十至數百年,輻射值即可回復至接近一般環境的背景值。

機器學習也被用來重建核聚變實驗期間所發生之事,這也被稱為「拍攝」。 电中性的中子通过核力使得原子核中的核子紧密地结合在一起。 氚核的中子与质子比(2个中子,1个质子)是稳定原子核中最高的。

太陽核融合: 太陽的重要性

儘管它是典型的白色(白色的陽光、白色的環境光、月球的白色照明等),但一些文化在心理上認為太陽是黃色的,有些甚至是紅色的; 太陽核融合 造成這種情況的原因是文化上的,確切的原因是爭論的主題[97]。 太陽是一顆G2V恆星,「G2」表示其表面溫度約為5,778 K(5,505 °C;9,941 °F),「V」表示它和大多數恆星一樣是一顆主序恆星[62][98]。 距離可以在147,098,074公里(近日點)和152,097,701公里(遠日點)之間變化,極值可以從147,083,346公里到152,112,126公里[38]。 光從離開太陽表面到地球表面的平均光程距離約為8分20秒[39]。

實驗室的「國家點火設施」(National Ignition Facility)使用近200具雷射將氫原子加熱到超過攝氏1億度的高溫及超過地球大氣層1000億倍的壓力。 在此極端條件下產生一種稱為等離子(或稱電漿)的狀態,在這種狀態下氫原子會融合進而釋放出巨大能量,這與太陽發光發熱的原理相同。 太陽正處於主序階段的一半,在此期間,其核心的核融合反應將氫融合為氦。 每秒鐘,超過400萬噸的物質在太陽核心內轉化為能量,產生微中子和太陽輻射。 按照這個速度,到目前為止,太陽已經將大約100倍地球質量轉化為能量,約占太陽總質量的0.03%。 在太陽成為紅巨星階段之前,太陽做為主序星總共將花費大約100億至110億年的時間[136]。

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根據2022年歐洲太空總署的的蓋亞觀測任務,在80億年大關時,太陽將處於最熱點[137]。 在核融合釋放出的高能量光子(γ射線和X射線)經由迂迴曲折的路徑與減速,和在一定的吸收和再輻射轉換成更低的能量型態後,才能抵達太陽的對流層(相當於地球的地函),因此需要很長的時間才能抵達太陽的表面。 估計「光子旅行時間」可以長達5,000萬年[1],最短的也要17,000年[2]。 在旅程的終點,穿過透明的光球層之後抵達表面,以可見光的型式離開太陽。 在核心的每一個γ射線在進入太空之前,都已經被轉換成數百萬個可見光的光子。 但同樣在核心產生,不同於光子的微中子,卻很少遭遇到與物質傳輸間的問題,幾乎立刻就能抵達太陽的表面並逃逸入太空。

太陽核融合

《華盛頓郵報》報導,目前核融合領域的專家認為時間倒還次要,最主要癥結在於各國政府與民間財力能否加大資助研發力道,如果條件允許,第一座核融合發電的原型廠有可能在2030年代出現,屆時距離實現商用就為時不遠。 報導指出,現階段核電廠使用的方法是核分裂,也就是透過原子分裂產生能量,儘管能產生豐富潔淨能源,但長期以來引發安全隱憂。 至於核融合則是透過原子融合產生能量,可以創造取之不盡的潔淨能源,沒有核電放射性副產物,也沒有爐心熔毀的風險;核融合需要的是重氫原子,可在海水中取得,不需要開採鈾。 美國能源部去年 12 月發表聲明說,美國科研人員當月 太陽核融合 5 日在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室「國家點燃實驗設施」進行了歷史上首次可控核融合實驗。 實驗中,「國家點燃實驗設施」向目標輸入了 2.05 兆焦耳的能量,產生了 3.15 兆焦耳的融合能量輸出,首次展示了慣性約束核融合的最基本科學原理。

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許多年來,測量到的微中子數量都遠低於理論上的預測,因而產生了太陽微中子問題。 目前人類已經可以實現不受控制的核融合,如氫彈的爆炸;也可以觸發可控制核融合,只是輸入的能量大於輸出、或發生時間極短。 但是要想能量可被人類有效利用,必須能夠合理的控制核融合的速度和規模,實現持續、平穩的能量輸出;而觸發核融合反應必須消耗能量(約1億度),因此人工核融合所產生的能量與觸發核融合的能量要到達一定的比例才能有經濟效應。 科學家正努力研究如何控制核融合,但是現在看來還有很長的路要走。 目前主要的幾種可控制核融合方式:Z脈衝功率設施、激光約束(慣性約束)核融合、磁約束核融合(托克馬克)。

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當聚變產生的能量超過投入的能量時,它在經濟上證明是可行的。 但是還沒有人做到這一點,儘管人們為「在地球上建造一顆恆星」進行了長達80年的努力。 2018年11月,中国科学院合肥物质科学研究院等離子體物理研究所宣佈在合肥综合性国家科学中心的全超导托卡马克核聚变实验装置實現一億度等離子體運行[11]。 2021年5月,EAST创造新的世界纪录,成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行,将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍[12]。

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最好的是,以這種膠帶取代一般硬性的超導體能讓反應爐大小縮小到原本的 10 倍。 此外,若將這種半導膠帶以具有連接點形式分段使用,則反應爐上的磁鐵可以在需要維修或更新時輕易且快速的附著與取下,如此當裝置上某個零件損壞時,就不必整個替換。 人們認為加熱日冕的能量來自光球下方對流帶的亂流,並且提出兩個加熱日冕的主要機制[82]。 第一個是波加熱,來自於聲音、重力或磁流體坡在對流帶產生亂流[82],這些波向上旅行並且在日冕中消散,將它們的能量以熱的形式儲存在包圍在四周的氣體內[191]。 另一種是磁化熱,在光球的運動中磁能不斷的被建立,並且經由磁重聯的形式釋放能量,規模較大的是閃焰還有無數規模較小但相似的事件-毫微閃焰(Nanoflares)[192]。

  • 從核心外圍到大約0.7太陽半徑,熱輻射是能量傳遞的主要手段[70]。
  • 所有的這些衛星都是在黃道平面上觀測太陽,所以只能看清楚太陽在赤道附近的地區。
  • 用來使等離子體封閉的方法有許多種,太陽內部是利用巨大重力使等離子體封閉,而在地球上則必須採取別的方法,磁場的利用便是其中一種。
  • 所有經由核融合產生的能量在太陽內部必須多次遊遍各個層次之後,才能以陽光或微粒的動能形式逃離太陽。
  • 在核心的每一個γ射線在進入太空之前,都已經被轉換成數百萬個可見光的光子。

氫元素是太陽發光發熱主要的燃料,也是宇宙中含量最多的元素,這就是恆星之所以可以持續燃燒數十億年的原因。 清大核工所特聘教授李敏指出,民進黨政府錯誤的能源政策,讓台灣電力系統陷入泥淖,目前供電量尚可應付是因為經濟發展衰退,並非全盛時期用電量,侯友宜提出核一到核三延役、重啟核四是「滿務實、滿好的政見」。 日地關係天文台(STEREO)任務在2006年10月發射,兩艘相同的太空船分別被送進在地球軌道前方和後方並逐漸遠離地球的位置上,這使得太陽和太陽現象的影像,如日冕物質拋射可以立體成像[232][233]。 最近和肉眼直接可見的恆星群是距離大約80光年的大熊座移動星群,它位於本地泡內,以及一樣肉眼可見,位於其邊緣的畢宿星團。

由於提高物質的溫度可以使原子核劇烈轉動,因此溫度升高,密度變大,封閉的時間越長,彼此接近的機會越大。 核融合將諸如氫原子核一類的較輕的原子核結合形成較重的原子核。 輕核所帶的電荷少,因此它們融合時需要克服的勢壘越小,釋放出的能量就越多。 隨着原子核質量的增加到一個臨界點時,聚變反應所需克服的位能大於反應放出的能量,即沒有淨能量產生。 比起這些能源,不少人更青睞核能:核能發電污染小且能量密度高,利用效率也更高,不少國家有核電廠,但幾乎都是利用核分裂發電。



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