这都可以？（什麼的技术）生物技术有什么，适

当谈到发电和能源时，物理学给了我们很多选择。

有了简单的力学，物体运动的能量就会发挥作用：在重力、流水或流动的空气的影响下使用重量来转动轮子或涡轮机。

然后，这种运动被用来产生电能或其他形式的电力。

也有化学反应，依赖于原子和分子如何结合在一起的电子跃迁：在那里，某种燃料被新陈代谢或燃烧以产生能量，然后这些能量被利用并以类似的方式发挥作用。

最后，还有核反应，原子核内的中子和质子之间的键要么被分开，要么被锻造在一起释放能量，然后这些能量被发挥作用。

虽然机械作业可以自由利用已有的环境资源，如水力发电和风力发电，但它也存在可靠性和可扩展性问题，以及它本身对环境的影响。

所有形式的生命都利用化学反应，包括植物的光合作用和动物的新陈代谢途径，但作为燃料来源，燃烧反应是一种有限的资源，对污染有重大影响。

然而，核能是独一无二的。

就质量转化为能量的比例而言，它的效率是所有化学反应的几十万到几百万倍。

这就是核聚变是什么，以及为什么它是地球上发电的未来，而不是现在。

这张图显示了每个核子的结合能，作为我们看到的元素类型的函数。

与最稳定的元素相对应的峰就在铁、钴和镍等元素的周围。

比这更轻的元素在聚变时释放能量；比这更重的元素在裂变反应中分裂时释放能量。

这是一个奇怪的想法：一个微小的物质积木，原子核，拥有最大的能量释放潜力。

然而，这是真的；虽然原子或分子中的电子跃迁通常释放出约1电子伏特量级的能量，但不同构型之间的核跃迁释放的能量却是这个数量级的100万倍，约为1兆电子伏特。

一般来说，有两种方式可以通过核反应释放能量：

通过在裂变反应中分裂重原子核，或者在聚变反应中将轻核融合在一起。

核反应的两种类型，裂变和聚变，都可以释放能量，因为最稳定的元素位于元素周期表中的第26到28号元素(铁-钴-镍)周围。

较轻的元素通过聚变释放能量，较重的元素通过裂变释放能量。

虽然核裂变和聚变都与原子弹有关，因为它们都可以发生失控的反应，只要反应还能继续，这些反应就会继续释放能量，但它们也都有其他应用。

这张图显示了用自由中子轰击浓缩铀-235样品时可能发生的连锁反应。

一旦U-236形成，它就会迅速分裂，释放能量，产生三个额外的自由中子。

如果这个反应失控，我们会得到一个炸弹；如果这个反应可以控制，我们可以建造一个核反应堆。

核裂变通常依赖于不稳定的原子核对粒子(如中子)的吸收。

例如，当右边的原子核吸收了像铀235这样的中子时，它就会分裂，释放出更多的中子，从而引发连锁反应。

这是当前所有核(裂变)反应堆如何工作的基础。

另一方面，聚变提供了比裂变释放更多能量的潜力。

它存在于所有核心温度超过400万K的恒星中，是为太阳提供能量的主要反应。

当你制造聚变炸弹时，它的能量产量远远超过任何裂变炸弹；前者通常以兆吨来衡量，而后者只以千吨来衡量。

原则上，如果我们能像现在控制裂变反应一样控制核聚变反应，以我们选择的任何速率提取能量，它将取代所有其他形式的能源产生，成为地球上主要的能源来源。

反应堆核实验RA-6(阿根廷共和国6)，恩马尔查。

这种蓝光被称为切伦科夫辐射，是由水中比光还快的粒子发射出来的。

尽管核裂变有好处，但它并没有取代化石燃料来满足我们的全球能源需求，这在很大程度上是出于非事实的担忧。

目前，我们考虑的能源和电力来源有三个主要问题。

可用性。

我们希望这种能源按需存在；当我们需要更多能源时，我们希望它可以获得；当我们需要更少能源时，我们不想浪费。

如果我们控制可获得性，就像我们对化石燃料或水流稳定的水电大坝所做的那样，我们就比完全依赖太阳能和风能等异想天开的资源有更大的灵活性。

无处不在。

就我们在地球上的目的而言，风能和太阳能无处不在；风和太阳将永远存在。

然而，化石燃料不会，因为地球上存在着数量有限的煤、石油和天然气。

核裂变也是一种有限的资源，尽管比化石燃料更为丰富。

尽管如此，铀和其他裂变元素的开采和加工需求意味着，我们使用的越多，就越难获得新的、原始的来源。

可持续发展。

当我们燃烧化石燃料时，我们会向大气中释放影响地球的污染物。

当我们产生核裂变反应时，我们会产生放射性副产品，其中一些半衰期很短，另一些则会持续到未来几代人。

自从工业革命开始以来，我们作为一个物种的能源消耗已经极大地改变了地球的气候，这不是一件可笑的事情；这个问题一年比一年恶化。

这三个原因强调了为什么核聚变是可持续能源的梦想。

如果我们能够控制聚变反应的速度，我们就可以利用它来按需生产能源，几乎没有浪费。

它的燃料，氢和同位素，在地球上非常丰富。

数十亿年来，核聚变燃料不会“耗尽”。

虽然核聚变可能会产生少量的放射性产品，如氚，但永远不会有反应堆熔毁或长期环境破坏的风险。

与需要开采稀有元素、使用化学品和稀缺资源来制造太阳能电池板的太阳能发电相比，核聚变是最可持续的能源选择。

当然，所有这一切都依赖于一个假设，而作为一个物种，我们还没有实现这个假设：当涉及到核聚变的时候，我们可以达到盈亏平衡点。

能量的圣杯是拥有一个自我维持的核聚变反应，它从反应中产生比最初输入系统/设备以启动聚变反应所需的更多可用能量。

首先，制造核聚变反应不是一件小事。

只要你把自己限制在使用氢、氘、氦-3和其他稳定的轻元素和同位素等材料上，就需要极高的温度和能量才能使核聚变反应发生。

控制和维持这些环境并不是一件容易的事情，甚至在一开始就需要巨大的能量来创造聚变所需的条件。

其次，你不能简单地以通过核聚变创造比你投入到系统中的能量更多的能量来推动反应：这就是所谓的炸弹。

相反，你需要做的是以足够慢的速度产生能量，这样你就可以用它来产生有用的电力：随着时间的推移而产生的能量。

要达到盈亏平衡点，既需要从你的反应中产生比你投入到系统中的更多的能量来启动这些反应，也需要提取这些能量并将其投入使用。

到目前为止，这两个问题仍然没有同时解决，但研究人员在试图彻底改变人类与能源的关系时，采取了三种主要的方法。

聚变反应堆中心的等离子体非常热，不会发光，只能看到壁上较冷的等离子体。

可以看到热等离子体和冷等离子体之间磁相互作用的迹象。

磁约束等离子体是所有方法中最接近盈亏平衡点的。

方法1：磁约束聚变。

记住，核聚变燃料不仅仅是原子，而是原子核心的原子核。

核聚变的一种方法是完全电离原子，剥离它们的电子，直到只剩下原子核。

通过创造这种可以聚变的过热原子核等离子体，我们的想法是将这些原子核聚集在一起，克服它们之间的电斥力，启动聚变反应。

这里最成功的方法是使用强大的电磁铁限制过热的等离子体，将原子核聚集在一个被称为托卡马克的腔内。

托卡马克已经被研究了几十年，并且一直在其内部产生聚变反应。

这种方法的关键困难在于限制等离子体(否则它会与设备的墙壁相撞)，并从反应中提取能量来产生可用能量。

尽管这种方法长期以来一直被认为是最有希望实现核聚变的途径，但与获得长期成功的合法机会所需的水平相比，它得到的资金微乎其微。

在国家点火设施中，全方位高功率激光将材料颗粒压缩和加热到足以引发核聚变的条件。

方法2：惯性约束聚变。

与其玩弄磁场，为什么不试试暴力手段呢？

这就是惯性约束聚变试图做到的。

通过提取一块可以聚变的材料小球，向目标小球发射一系列四面八方的高功率激光，迅速提高其温度和密度，直到可以触发核聚变反应。

虽然这需要为压缩小球的“激光射击”储存大量的能量，但产生的聚变反应可能会释放更多的能量，使我们有一天超过盈亏平衡点。

这种方法，就像磁约束聚变一样，也已经存在了几十年，在整个过程中都会产生聚变反应。

尽管最近的进展使我们慢慢接近最终的盈亏平衡目标，但同样的两个问题仍然存在。

尽管我们通过这种方法产生了越来越多的能量，但它要求我们首先在一系列电容器组中储存大量的能量，然后一下子释放出这些能量。

我们没有自我维持的反应；只有一次爆发，然后我们就很难收集和利用产生的能量。

尽管我们离最终目标越来越近了，但再一次，我们距离盈亏平衡点还有很多数量级的距离，因为相对于我们应该在这项技术上投资的数千亿美元来说，资金相对稀缺，进展仍然缓慢。

通用核聚变公司设想的磁化目标聚变，是一种比磁约束或惯性约束聚变规模更小、更新颖的核聚变方法，但在11年的承诺之后，它距离盈亏平衡点仍然比这两种方法都要远得多。

核聚变的第三种方法之一，Z-箍缩，利用氢等离子体并在中心“捏”它来产生聚变反应。

虽然这个反应确实会产生中子，但它离盈亏平衡点的距离比任何托卡马克类型的反应堆都要远得多。

所有这些都突显了当涉及到能源领域时，我们作为一个社会给自己造成的真正问题。

我们目前在全球生产能源的主要方法仍然是18世纪燃烧化石燃料的技术，这很容易成为我们大气中二氧化碳水平上升、海洋酸化以及我们快速而灾难性的气候变化的最大原因。

由于担心核废料、尘埃、战争等，我们目前拥有的最好的技术，即核裂变，已经在全球范围内遭到了许多人的诋毁，这是我们拥有的最好的技术，可以取代这种古老的、后果严重的技术。

尽管有核裂变的科学证据，但它仍然只产生了我们全球能源的一小部分。

尽管能源领域对基础研究的迫切需求，以及对核聚变的资金严重不足的承诺，但在美国历史上，我们甚至没有一年为实现核聚变的目标投资10亿美元(即使经通胀调整)。

除非我们对指尖上的实际合法技术进行持续的大规模投资，否则我们注定会被两种类型的江湖骗子所欺骗：

那些善意的人最终自欺欺人，认为他们可以在物理定律阻碍他们的地方取得成功，

还有那些草丛中的蛇，他们知道他们在他们的技术前景上对你撒谎，但无论如何都很乐意拿你的钱。

这里，在露娜实验中，一束质子束射向一个氘靶。

不同温度下的核聚变速率有助于揭示氘-质子截面，这是用于计算和理解大爆炸核合成结束时将出现的净丰度的方程式中最不确定的术语。

质子捕获是一个重要的核过程，但在产生最重元素方面，质子捕获仅次于中子捕获。

说到宇宙，没有什么反应比核聚变更能赋予生命或维持生命。

它不仅是每一颗恒星的核心，也是无数在一生中经历氘聚变的褐矮星--也就是失败的恒星--的核心。

当轻元素结合在一起时，它们产生的新元素的质量比最初的反应物轻，然后聚变反应释放出与质量差成正比的能量：通过爱因斯坦的E=mc2。

在能源可获得性、燃料来源可获得性和环境影响的衡量标准上，核聚变无疑是所有可用发电选项的最佳选择。

不幸的是，60多年来对这项技术的投资不足让我们在这条重要的科学战线上远远落后，现在秃鹫们聚集在一起：充满了远大的梦想和空洞的承诺，除了象征性的聚变，距离盈亏平衡点还有许多数量级的差距，什么也没有展示出来。

如果说有一项很有前途的技术值得进行登月级别的投资，那就是核聚变发电。

这是缓解当前气候和能源危机的最有希望的途径。

但它不是今天的技术，除非我们彻底改变我们在地球上资助和进行基础研究和开发的方式，否则它不太可能成为明天的技术。