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科技万有瘾力50期:可控核聚变
,   科技万有瘾力
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  【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人类在头顶高悬。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,可控核聚变距离现实又近一小步。本期《科技万有瘾力》将聊聊这个话题,并跟踪外星人、太空采钻石等话题的进展;最后还要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*

  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。

  “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。

  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。

  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。

  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。

  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

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  [拓展阅读]第20期:何谓生命

  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。

  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

  [拓展阅读]知乎讨论:钻石真的没价值?

  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。

  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

  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。

  

高通学习型芯片演示视频

  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。

  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%的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

  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

  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。

  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。

  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。*

  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。

  (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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