人类能在可控的环境下创造多少能量？

时事问答：核能的研究与开发

向微小的氢同位素微粒发射一组高功率激光器，你就可以启动核聚变，即类似于太阳产生动力的过程。

美国国家点火设施（ ，世界上最大和最高能量的激光器）

我们能在可控的环境下创造多少能量？- 路易斯，9岁，马萨诸塞州布鲁克林市

在我们的头顶上，有一个由大自然创造的强大能量源，即太阳。因为太阳离我们有9300万英里，所以只有太阳总能量输出的十亿分之一到达地球，创造了一个生命盛开的世界。太阳每秒钟辐射到地球表面的能量，比2018年全年世界上所有电厂的总发电量还要多。

在地球上，人类主要通过采集搜集能量为机器提供动力：例如，采集流水的能量，并在水力发电站将其转换为电力。而为了创造能量，你必须将物质转化为能量（参考爱因斯坦质能方程）。

链式反应

做到这一点的一个方法是分裂原子，原子是宇宙中所有物质的基本构成单位。这样做在可控情况下，你可以产生一个稳定的能量流。但如果失去控制，就会在核爆炸中一下子释放大量的能量。

每个原子的核心，即原子核，是由更小的粒子，质子和中子组成的。将原子核固定在一起的力量储存了大量的能量。为了从原子核中获得能量，科学家想出了一个将重原子分裂成轻原子的过程。因为较轻的原子不需要像重原子那样多的能量将原子核固定在一起，能量以热或光的形式释放出来。这个过程被称为核裂变。

当一个原子被分裂时，一个连锁反应开始了。裂变的原子将引发另一个原子的裂变，以此类推。为了使连锁反应可控，科学家们开发了减缓分裂的方法，例如吸收一些分裂的粒子。

核能

核电站通过可控的分裂原子来获取释放的能量。世界上最大的核电站是日本的柏崎刈羽（-）核电站。它由七个核反应堆组成，最大容量约为8,000兆瓦。世界上最大的单一核反应堆是中国泰山核电站的两个反应堆并列第一。泰山核电站每个反应堆的容量为1,750兆瓦。

核电站利用核反应加热水，产生蒸汽，驱动涡轮机，再驱动发电机发电。

核管理委员会（ , CC BY）

这种电量比不受控制的核反应比原子弹要小得多。如今，引爆一颗原子弹所输出的能量相当于柏崎刈羽核电站半年所产生的电力。

裂变的一个弊端是会产生核废料。裂变的原子通常是不稳定的，并释放出危险的辐射。核废料需要妥善储存多年。

核聚变展望

科学家们还发现了另一种类型的核反应，一种产生能量而不产生核废料的反应。当两个较轻的原子结合成一个重原子时，失去的质量会转化为能量。这个过程被称为核聚变。核聚变是太阳的核心中正在发生的反应。每一秒钟，太阳将大约6亿吨氢燃烧成大约5.96亿吨氦，产生的能量相当于数万亿颗原子弹。

这幅剖面图显示了核聚变反应堆核心的样子。

阿贡国家实验室（ ）

然而，要在地球上实现核聚变是非常困难的。核聚变只在极端条件下发生，如太阳的极高温度和压力。科学家们还没有有效地证明产生的能量超过消耗的能量的可控核聚变，但他们正在努力实现这一目标。一种方法是将高功率激光器从不同方向射向氢同位素的微点。

核聚变能源在未来将是一个有前途的能源解决方案。但是别忘了，我们的头顶上有一个巨大的核聚变反应堆，就是太阳。随着太阳能效率的提高，我们甚至不需要创造能源，只需每天捕捉更多太阳给予我们的东西。

由于好奇心没有年龄限制，所以哪怕你是成年人，也让我们知道你的疑问。我们可能无法回答每一个问题，但我们会尽力而为。

相关知识

国家点火设施（NIF）是一个基于激光的惯性约束核聚变（ICF）研究装置，位于美国加利福尼亚州利弗莫尔的劳伦斯利弗莫尔国家实验室。NIF的任务是以高能量增益实现聚变点火。它实现了第一个科学上的收支平衡受控核聚变实验，能量增益为1.5。它通过研究物质在核爆炸条件下的行为来支持核武器的维护和设计。

BY: Wu

FY: Hans Wang