科技万有瘾力50期:可控核聚变

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导语:一日不掌握可控核聚变,“能源枯竭”这柄达摩克利斯之剑就一日在头顶高悬。上周,美国的核聚变实验装置首次实现释放能量大于消耗的燃料,人类向可控核聚变又迈一小步。本期《科技万有瘾力》将聊聊可控核聚变,并跟踪外星人、太空采钻石等话题的进展;最后将告诉易友住在超高层建筑中的一个福利。

可控核聚变取得重大突破

*可控核聚变 = 把火点着 别把锅烧穿*

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“国家点火装置”(National Ignition Facility)的靶室

上周的新闻中,与人类前途关系最密切的恐怕要属这一条:美国名为“国家点火装置”的核聚变实验装置实现了释放能量大于消耗的燃料。

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以激光进行惯性约束聚变的图解:1. 激光光束快速加热燃料球表面 2. 燃料核遭到挤压 3. 当燃料核温度到达1亿摄氏度 4. 燃料核发生聚变

“国家点火装置”拥有192具世界上最强大的激光器,在极短的时间内向“燃料球”发射激光。以往的实验中“点火”反应后释放的能量还不及激光器输入的能量,但这一次首次实现了释放能量大于消耗的燃料。人类向掌握可控核聚变迈出了重要一步。

什么是可控核聚变?

两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量,这就是核聚变。一公斤的核聚变燃料释放出的能量相当于1000万公斤化石燃料,太阳使用的就是核聚变的能量。

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太阳每秒有6.2亿吨氢发生核聚变,当然,这是不可控的,你没法像调节火锅那样调节太阳的火力

而可控核聚变是指可以控制核聚变的开启和停止,以及随时可以对核聚变的反应速度进行控制,实现持续、平稳的能量输出。然后,利用核聚变产生的热量将水烧开,并利用烧开的蒸汽推动轮机发电,就是可控核聚变发电的基本模型。

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可控核聚变可以将人类带往未来,而失控的氢弹却有让文明报销的危险

核聚变被认为是未来人类使用的先进能源之一,在许多科幻作品中都提到了可控的核聚变,如果我们能实现对核聚变过程的精密控制,就可能为全世界提供廉价的能源。可控核聚变与目前的核裂变发电站相比,具有原料储量大、过程及其产物均无污染、不会造成核泄漏等优点。

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可控核聚变发电站原理图

可控核聚变难在哪里?

可控核聚变虽好,但却不容易实现。相比于核裂变过程来讲,核聚变最麻烦的是需要瞬间上亿度的高温才能引起核聚变反应而如此高的温度是用传统加热方法所无法达到的。人类研制氢弹时的解决方法是:用核弹引爆氢弹。同时,上亿度的物质足够烧毁任何与其相接触的东西,又是一大麻烦。

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中国的托卡马克“EAST”是国人最熟悉的可控核聚变实验装置

如果将可控核聚变比作一块用来烧水的蜂窝煤,那么其难点有两个:1、怎样把火点着?2、怎么不把烧水的锅烧穿?并且,要是用炉子烧水时,点燃炉子消耗的能量反而要多于烧炉子释放的能量,就得不偿失了。而本次“国家点火装置”取得的进步,就是终于使得炉子燃烧释放的能量超过了点燃炉子消耗的能量。

可控核聚变的两种主要思路

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“国家点火装置”的“燃料球”

第一种思路以上文提过的“国家点火装置”为代表,叫做“惯性约束聚变”(Inertial confinement fusion)。它的作法是,将多束高能量脉冲激光,在极短时间内同时照射在一个燃料球上。当激光照射在燃料的外层时,使燃料球的外层等离子体化,并产生爆裂。外层爆裂的反作用力会形成震波向内传播,造成内爆,压迫内部形成高压高温,造成自发性的燃烧,产生连锁反应,最终诱发核聚变反应。

简单理解,就是聚变燃料像一个皮球一样受到四面八方均匀积压,最终被挤爆发生了核聚变。

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为“国家点火装置”的激光器提供电能的电缆超过160公里

中国的“神光”系列与美国的“国家点火装置”原理相同,但“国家点火装置”拥有192个激光器,而“神光3号”仅有32个。同时,法国和日本等国也有类似装置。

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央视报道“神光3号”截图

第二种思路叫做磁约束聚变(Inertial confinement fusion),它的作法是,先加热燃料,使它成为等离子体形态,再利用磁场,拘束住高热等离子体中的带电粒子,使它进行螺线运动,进一步加热等离子体,直到产生核聚变反应。

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托卡马克原理图

目前可以使用托卡马克(tokamak)技术来达成磁约束聚变,其中以国际热核聚变实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor)为代表。中国的超导托卡马克“EAST”和球形托卡马克“SUNIST”也是此类装置。

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中国“EAST”超导托卡马克实验装置结构示意图

【头脑补丁】

*追踪咱们聊过的话题,为头脑打上最新版本的补丁*

想见外星人?自己造一个

星际间的距离是遥远而漫长的,人类飞行器如果遭遇(甚至捕获)了外星生命,也没法带回来。

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旅行者1号表示自己飞了这么多年才飞出太阳系,而且买的还是单程票!

不过,曾经宣布成功制造世界上第一个人造生命细胞的克雷格·文特尔(J.Craig Venter)有个好点子:向其他行星派遣一个机器人化的基因组测序单元,对那里可能存在的任何外星微生物生命进行DNA测序。然后将测序数据发回地球(那比带回实物容易太多了)那么人类就可以重建它们的基因组,甚至重现外星生命。

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不过一个蛮恐怖的想法是:这一过程说不定早已倒转过来被实施了,外星人已经复制出了一批人类同胞,把他们关在实验室里当“外星人”研究。

[拓展阅读]第20期:何谓生命 http://3g.163.com/ntes/13/0319/02/8QA1DC3H00963VRT.html

钻石的营销骗局要玩不下去了?

美国行星科学家最近一项研究表明,在木星和土星大气深处,它们液态的氢/氦洪流中可能漂浮着大块的"钻石山"。木星和土星都属于气体巨行星,主要成分是氢和氦。在两者内部深处,碳元素被积压成为稳定的钻石。在行星的核心附近,非常高压力和温度能将钻石融化,甚至会形成钻石雨或液体钻石。

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在未来,或许土星的殖民者会使用机器人采集钻石,收集并运回地球换取其他必需资源

其实,无论是在地球上还是在太空中,钻石的储量都不算稀罕,海王星、天王星上也发现过大量天然钻石。至于钻石的价格是否会暴跌?君不见,自从人造金刚石代替了天然钻石的绝大多数工业用途之后,毫无实际用途的钻石仍然让痴男怨女甘愿掏钱包。

[拓展阅读]第13期:太空采矿 http://3g.163.com/ntes/13/0129/07/8MCBACSD00963VRO.html

[拓展阅读]知乎讨论:钻石真的没价值?http://3g.163.com/ntes/13/0403/20/8RIHS8U100963VRT.html

手机的电池和屏幕双双被掰弯

上周,三星发布了采用弧形屏幕的智能手机 Galaxy Round。同时,老对手LG也宣布了一项相关的成果:与柔性屏屏幕搭配使用的可弯曲电池已经成功进入量产阶段。

另外,知情人士介绍,LG可能也将于下个月推出一款弧形屏智能手机。

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Galaxy Round售价达到1000美元,会有土豪买账么?

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LG声称可弯曲电池具有很好的耐磨性,且基本不发热

目前看来,三星的手机只是为“弯曲”而弯曲,除了更加贴合面部(以及臀部)的曲线,并无实际价值。

[拓展阅读]第11期:柔软手机 http://3g.163.com/ntes/13/0115/07/8L89RA5I00963VRO.html

计算机挑战"学习"和"情感"两大能力

人脑能够对外界刺激作出反应并积累经验,从而缩短下一次的反应周期。高通最近研发的Zeroth处理器,就试图通过模拟人脑的方式对外界刺激作出反应,从而“学”到解决问题的方法。

在演示视频中,起初机器人会把全部彩色地砖走一遍;如果你在它经过白色地砖时夸奖"机器人乖",下次它就专门去踩白色地砖

和“学习”一样,“情感”也是传统计算机的一大盲点。然而,由斯坦福大学的研究生Richard Socher发起的一个项目试图通过算法让计算机理解人类的情感。

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以上述句子为例,“weird”虽然是一个负面词汇,但短语“is weird but likeable”被正确理解为正面情绪

Socher和他的团队从影评网站拿来了1.2万个句子,将其拆分为21.4万个短语,标记为非常消极、消极、中性、积极、非常积极等,然后将这些数据输入系统之中,并以此为基础使用算法对句子做分析。目前,这一算法有85概率能猜对评论者是喜欢还是讨厌这部电影。

[拓展阅读]第2期:人工智能 http://3g.163.com/ntes/12/1112/18/8G4NGPUV0096400O.html

【科幻魅影】

*解析科幻作品背后的真假魅影*

特斯拉与通古斯大爆炸

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小编逗逼了连续好几期,这次终于换易友逗逼了

这位易友,你这是分不清科幻和现实了吧。尼古拉-特斯拉(Nikola Tesla)确实是一名伟大的发明家。埃隆·马斯克(Elon Musk)将旗下电动车公司取名为特斯拉(Tesla)正是在向前辈致敬。

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尼古拉-特斯拉,他的许多发明影响和改变了世界

当年,特斯拉确实研究过全球无线电力传输系统,并且先后在科罗拉多斯普林斯和沃登克里弗建设高塔,并在长岛点亮了约40千米外的氖气探照明灯。但是,这位易友说当时就实现了全球电力传输,就实在是太夸大了,因为无线能量传输的对象是电能而不是电信号,随着空间距离增大,电能传输会迅速衰减,传输效率无法得到保证。

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特斯拉在纽约长岛建造的沃登克里弗塔被美国媒体称为百万美元的废物

不过,特斯拉的一些想法确实过于超前,颇具科幻感,比如粒子武器概念的雏形:远距打击(teleforce)系统。央视甚至曾播出过一部纪录片,将这一并未被实现过的想法与通古斯大爆炸联系起来,认为科学超人特斯拉“要对这场通古斯大灾难负全部责任。”作为一名光荣的易友,怎么能跟央视一样逗逼?

【一句话问答】

*欢迎跟贴参与“一句话问答”版块。*

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一句话提问:住在20000米的超高建筑里,会有呼吸问题么?

一句话回答:不会。住这么高,还指望开窗户么?

上一期《科技万有瘾力》讲到超高层建筑,于是就有易友担心呼吸问题。事实上,超高层建筑物开窗将面临风压问题,就像高空中飞机的舱门开了,所有的东西都会飞出去。因此,肯定会选择封闭的结构。室内的气压和含氧量将近似于地面,不用担心高原反应。

另外,如果不怕死敢开窗,倒是可以获得一项附加的福利:高空缺氧会导致缺氧性兴奋(euphoria),在缺氧状态下做爱,就会使人双重兴奋,不能自拔。

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缺氧性兴奋(euphoria)与性窒息(Sexual Asphyxia)一样,属于非常危险的行为,请勿尝试!

(本栏目素材采编自网络,部分文字及图片引用自科技日报、网易科技频道、果壳网、爱范儿、36氪、知乎、维基百科、中国科学院官方网站等媒体。)

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