可以运用有不同的地方。
(一)混和气体计算中的十字交叉法
【例题】在常温下,将1体积乙烯和一定量的某气态未知烃混和,测得混和气体对氢气的相对密度为12,求这种烃所占的体积。
【分析】根据相对密度计算可得混和气体的平均式量为24,乙烯的式量是28,那么未知烃的式量肯定小于24,式量小于24的烃只有甲烷,利用十字交叉法可求得甲烷是0.5体积
(二)同位素原子百分含量计算的十字叉法
【例题】溴有两种同位素,在自然界中这两种同位素大约各占一半,已知溴的原子序数是35,原子量是80,则溴的两种同位素的中子数分别等于。
(A)79 、81 (B)45 、46 (C)44 、45 (D)44 、46
【分析】两种同位素大约各占一半,根据十字交叉法可知,两种同位素原子量与溴原子量的差值相等,那么它们的中子数应相差2,所以答案为D
(三)溶液配制计算中的十字交叉法
【例题】某同学欲配制40%的NaOH溶液100克,实验室中现有10%的NaOH溶液和NaOH固体,问此同学应各取上述物质多少克?
【分析】10%NaOH溶液溶质为10,NaOH固体溶质为100,40%NaOH溶液溶质为40,利用十字交叉法得:需10%NaOH溶液为
×100=66.7克,需NaOH固体为 ×100=33.3克
( 四)混和物反应计算中的十字交叉法
【例题】现有100克碳酸锂和碳酸钡的混和物,它们和一定浓度的盐酸反应时所消耗盐酸跟100克碳酸钙和该浓度盐酸反应时消耗盐酸量相同。计算混和物中碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比。
【分析】可将碳酸钙的式量理解为碳酸锂和碳酸钡的混和物的平均式量,利用十字交叉法计算可得碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比97:26 百科名片十字交叉法是进行二组分混合物平均量与组分计算的一种简便方法。 十字交叉法 十字交叉法是进行二组分混合物平均量与组分计算的一种简便方法。凡可按M1n1+M2n2=M(n1+n2)计算的问题,均可按十字交叉法计算。
式中,M表示混合物的某平均量,M1、M2则表示两组分对应的量。如M表示平均相对分子质量,M1、M2则表示两组分各自的相对分子质量,n1、n2表示两组分在混合物中所占的份额,n1:n2在大多数情况下表示两组分的物质的量之比,有时也可以是两组分的质量之比,判断时关键看n1、n2表示混合物中什么物理量的份额,如物质的量、物质的量分数、体积分数,则n1:n2表示两组分的物质的量之比;如质量、质量分数、元素质量百分含量,则n1:n2表示两组分的质量之比。十字交叉法常用于求算:
(1)有关质量分数的计算;
(2)有关平均相对分子质量的计算;
(3)有关平均相对原子质量的计算;
(4)有关平均分子式的计算;
(5)有关反应热的计算;
(6)有关混合物反应的计算。
十字交叉法计算的式子如图 [编辑本段]一、十字交叉相乘法 这是利用化合价书写物质化学式的方法,它适用于两种元素或两种基团组成的化合物。其根据的原理是化合价法则:正价总数与负价总数的代数和为0或正价总数与负价总数的绝对值相等。现以下例看其操作步骤。 [编辑本段]二、十字交叉相比法 我们常说的十字交叉法实际上是十字交叉相比法,它是一种图示方法。十字交叉图示法实际上是代替求和公式的一种简捷算法,它特别适合于两总量、两关系的混合物的计算(即2—2型混合物计算),用来计算混合物中两种组成成分的比值。 [编辑本段]三、十字交叉消去法 十字交叉消去法简称为十字消去法,它是一类离子推断题的解法,采用“十字消去”可缩小未知物质的范围,以便于利用题给条件确定物质,找出正确答案。
其实十字交叉法就是解二元一次方程的简便形式 如果实在不习惯就可以例方程解 但我还是给你说说嘛 像A的密度为10 B的密度为8 它们的混合物密度为9 你就可以把9放在中间 把10 和 8 写在左边 标上AB 然后分别减去9 可得右边为1 1 此时之比这1:1 了这个例子比较简单 但难的也是一样 你自己好好体会一下嘛 这个方法其实很好 节约时间 特别是考理综的时候
(一)混和气体计算中的十字交叉法
【例题】在常温下,将1体积乙烯和一定量的某气态未知烃混和,测得混和气体对氢气的相对密度为12,求这种烃所占的体积。
【分析】根据相对密度计算可得混和气体的平均式量为24,乙烯的式量是28,那么未知烃的式量肯定小于24,式量小于24的烃只有甲烷,利用十字交叉法可求得甲烷是0.5体积
(二)同位素原子百分含量计算的十字叉法
【例题】溴有两种同位素,在自然界中这两种同位素大约各占一半,已知溴的原子序数是35,原子量是80,则溴的两种同位素的中子数分别等于。
(A)79 、81 (B)45 、46 (C)44 、45 (D)44 、46
【分析】两种同位素大约各占一半,根据十字交叉法可知,两种同位素原子量与溴原子量的差值相等,那么它们的中子数应相差2,所以答案为D
(三)溶液配制计算中的十字交叉法
【例题】某同学欲配制40%的NaOH溶液100克,实验室中现有10%的NaOH溶液和NaOH固体,问此同学应各取上述物质多少克?
【分析】10%NaOH溶液溶质为10,NaOH固体溶质为100,40%NaOH溶液溶质为40,利用十字交叉法得:需10%NaOH溶液为
×100=66.7克,需NaOH固体为 ×100=33.3克
(四)混和物反应计算中的十字交叉法
【例题】现有100克碳酸锂和碳酸钡的混和物,它们和一定浓度的盐酸反应时所消耗盐酸跟100克碳酸钙和该浓度盐酸反应时消耗盐酸量相同。计算混和物中碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比。
【分析】可将碳酸钙的式量理解为碳酸锂和碳酸钡的混和物的平均式量,利用十字交叉法计算可得碳酸锂和碳酸钡的物质的量之比97:26
(五)数学统计中的十字交叉法
【例题】(2007年国家公务员考试题)某离校2006年度毕业学生7650名,比上年度增长2% 。其中本科毕业生比上年度减少2%。而研究生毕业生数量比上年度增加10 %,那么这所高校今年毕业的本科生有多少人?
【分析】根据题意,可以得出上一个年度的学生情况!以下均省略百分号!
本科 98\ /8
总和 102
硕士 110/ \4
所以,本科和硕士的比例是2:1.
那么根据题意,上一年度的毕业生有7650÷1.02=7500
而本科:硕士=2:1
所以上一年度有本科7500*2/3=5000
本年度本科生减少了2%,所以就有5000×98%=4900
各国对锂电池的高度重视掀起了一场能源革命和产业革命,这也将改变未来世界汽车竞争格局
首先锂电池在新能源汽车产业中利润最高。市场容量最大。安全行极高,具有投资价值,锂电池产业链下的电池、电极材料将具有制造业特点,盈利能力将呈现下降趋势;上矿产品、冶炼等将具有采掘业特点,盈利能力随原材料价格波动。当这些优点与汽车结合,新能源汽车时代由此开启了
其次有券商研究员认为,整个锂电池产业链是新能源汽车投资的重点,而锂电池正极材料将成为这条产业链中最耀眼的明珠。而且中国发展锂电汽车既有可与发达国家竞争的技术优势,又有发达国家所没有的资源优势和市场优势,是中国在激烈的国际竞争中难得的一次历史机遇。资本市场中,锂电池所驱动的新能源汽车产业链更成为一场财富盛宴。整车制造厂商福田汽车(600166,股吧)(600166),拥有上锂资源的西藏矿业(000762,股吧)(000762),锂电池组件及电解液供应商杉杉股份(600884,股吧)(600884)、中国宝安(000009)、江苏国泰(002091,股吧)(002091),包括另一条技术路径——镍氢电池生产厂商科力远(600478)等各相关上市公司股价均涨幅巨大
再者以丰田的镍氢混合动力汽车Prius为代表的日本,在新能源汽车领域起步较早,其厂商的战略核心就是发展混合动力车。2006年,混合动力车的市场份额占日本全部新能源汽车销量的94.2%。
从美国2001—2007年混合动力汽车销售数据来看,其复合增长率达到58.4%,处于高速增长期。奥巴马就任后宣布,到2015年,美国混合动力汽车的保有量将超过100万辆。
科技部部长万钢在“2008中国绿色能源汽车发展高峰论坛”也给出了中国新能源汽车的发展目标——到2012年,国内有10%新生产的汽车将是节能与新能源汽车。
照此推算,2008年中国汽车产量约为930万辆,即使2012年产量增至1000万辆,新能源汽车也将达到年产100万辆的规模。
按每辆混合动力轿车电池成本5万元,正极磷酸铁锂材料50公斤,负极材料40公斤,电解液40公斤计算。100万辆混合动力汽车将带动5万吨正极材料,4万吨负极材料,4万吨电解液的需求。
对于国内电池厂商而言,这将是一个总产值500亿元的大蛋糕。而如果按客车计算,这一数值还将提高3倍——每辆混合动力客车的电池需求是轿车的 4倍。目前,中国汽车保有量已达到6289.3万辆,如果未来每年有10%的车辆更换动力电池,又将创造出一个更具想象空间的市场。 《证券市场周刊》调查发现,国内新能源汽车产业链各环节相互制约,甚至存在断链。在混合动力汽车产业链上,电池、电机、动力系统生产企业才是最大的受益者。对于整车厂商而言,既然无法追求高利润,市场占有率就成为首要争夺目标。从某种意义上说,谁能率先实现新能源电池在汽车上的产业化应用,谁就能占据先机。磷酸铁锂电池方面缺乏资金批量生产
业内人士认为,锂电池行业的市场竞争力很大程度依赖于长期发展的技术积累,而非单纯的资金投资,同样,锂电池材料具有较高的技术壁垒,各细分行业领先企业大多为较早进入行业者。掌握了规模化生产磷酸铁锂和磷酸铁锂电池技术的企业,将在未来的电动汽车产业竞争中处于领先地位。比亚迪梦想照耀现实业内人士介绍,锂电池产业链中,市场容量最大、附加值最高的是正极材料,占锂电池成本的30%以上,根据材料不同,毛利率低则15%,高则70%以上。
我国小功率锂电池早已产业化,形成上下结合的完整产业链,电池产品超过世界市场的1/3,与日韩形成三足鼎立之势。而我国有相对富饶的锂矿资源,还有制造成本优势,在新能源汽车制造领域完全有可能迅速赶超日韩。
(太多了你自己在看一道)
[论文关键词] 锂离子筛 前驱体 制备 检测
[论文摘要] 锂离子筛可以直接从盐湖卤水和海水中提取锂,是极具发展前景的锂吸附剂,介绍锰氧化物锂离子筛前驱体的制备和检测方法,并简要叙述离子筛分材料的发展过程。
锂是自然界中最轻的金属,锂及其化合物有着广泛而特殊的用途,在能源、航空航天工业、金属冶炼及制造业、制冷、玻璃、陶瓷、医药等行业都有着重要的用途:在原子能领域,锂被誉为新“能源元素”,锂-6是氢弹、热核反应堆原料。锂离子电池因其能量高、循环性能好、无毒而广泛用于便携式通讯设备。二十一世纪,用于锂电池的碳酸锂将超过2万吨。锂基润滑脂已成为润滑脂的主导产品。另外,碳酸锂作为情感矫正剂可有效治疗狂躁精神病。目前,世界对锂的需求量越来越大,其消耗量也从侧面反映了一个国家高新技术的发展水平。
全球锂资源约1276万吨,主要分布于花岗岩伟晶型矿床及盐湖中,其中,锂矿石中锂的储量仅为40万吨,约占全球总储量的3.0%,而盐湖卤水中,锂资源的占有率为77%以上。锂矿石中锂的储量远远不能满足市场的需求,固体矿源又不断枯竭,因此锂矿资源的开发利用正面临重大转折,探讨从盐湖卤水、低浓度海水、地下水中提取锂成为目前化学、化工、材料等学科的重要研究课题。盐湖卤水提锂工艺简便、成本约为矿石提锂的一半,目前国外从盐湖卤水中提锂的年产能力近2万吨,约占锂盐总产能力的40%。采用卤水或其他含锂液体矿资源取代矿石生产锂盐是世界锂工业的发展趋势。
一、离子筛分材料的发展过程
1850年,Thompon等,最早系统地研究了土壤中Ca2+、Na2+与水中NH+、K+的离子交换现象。其中具有交换性能的物质后来被鉴定为粘土、海绿石沸石分子筛和腐植酸。一般认为,这是离子筛分材料的最初发现。20世纪初,Harms等合成了硅酸铝凝胶作为离子交换材料应用于水的软化。但其选择性筛分性能较差,耐酸性也不好,性能易变。上世纪60年代,Clearfield A等,发现磷酸锆可以结晶,这为离子筛分材料的.发展指明了一个全新的方向。结晶使得这些磷酸锆的多晶结构得以测定,宏观的离子筛分和交换行为能够从微观结构的角度加以解释。到80年代以后,Kenta ,Qi Feng等合成出了结晶石结构的锂锰氧化物LiMn2O4,该物质对锂离子具有特殊的选择吸附性能。
二、我国盐湖卤水的提锂前景
我国盐湖资源相当丰富,集中分布于青海、西藏、新疆和内蒙古四个省区。锂资源储量大,含量高的盐湖卤水多集中在青海省的柴达木盆地,如:台吉乃尔盐湖、一里坪盐湖、察尔汗盐湖和大柴旦盐湖等,都具有极高的开采价值。西藏的扎布耶湖是世界上锂含量超过百万吨级的三大盐湖之一。因此,建立和发展我国的盐湖锂工业不仅可以将资源优势转化为经济优势,而且可以促进和发展我国西部的经济,并为二十一世纪高科技的发展提供理想的材料。
三、从盐湖卤水提取锂的方法
目前,锂资源的开发及利用主要集中在盐湖卤水提锂的方法上。盐湖卤水提锂的方法有蒸发结晶分离法,沉淀法、浮选法、溶剂萃取法和离子交换法等。蒸发结晶分离法大量使用烧碱和纯碱,致使锂盐产品成本较高;沉淀法和溶剂萃取法费时费力;浮选法工艺流程复杂;而离子交换法成本低,工艺简单,应用广泛。因此,研究开发高效、高选择性的新型无机离子吸附剂成为当今分离技术的发展方向。尖晶石结构的锰氧化物,不仅对Li+具有很高的选择性和较大的交换吸附容量,且具有经济、环保的特点,从而成为国内外学者研究的热点。
四、锂离子筛的制备方法
现阶段制备锂离子筛前驱体LiMn2O4的方法主要分为两大类:固相法和液相法。固相合成法主要分为:高温固相法、微波烧结法和固相配位法等。固相法一般操作较为简单,步骤短,便于大规模生产,易于实现工业化,但耗能大,产率低;液相合成法主要包括:溶胶凝胶法、共沉淀和水热法等。液相法一般操作要求高,反应步骤较长,产物粒度均匀、形态规整,晶相较纯。下面选取几种常见的方法分别介绍:
1、高温固相反应法:高温固相反应法是合成锂离子筛前驱体最常用且易操作的一种方法,是将锂和锰的易熔或易分解化合物先按一定的比例混合均匀,再于高温下焙烧一定时间而合成所需化合物。其中,锂源主要有Li2CO3、LiOH·H2O、LiNO3和LiI等;锰源主要包括MnO、Mn2O3、MnO2、MnCO3和Mn(CH3COO)2·4H2O等。高温固相反应法具有操作简便、易于工业化的优点。同时,也存在几点不足:能耗大,生产率低;锂盐的部分挥发,造成原配比不易把握;产物的均匀性差。
2、微波烧结法:微波烧结法是近些年发展起来普遍用于制备陶瓷材料的方法。其主要依据微波直接作用于材料内部后而转化为热能,从材料内部进行加热,进而缩短了反应的时间。微波烧结法可通过调节微波的功率来控制粉末的物相结构,易于工业化,值得关注。但其毕竟属于固相反应,所得粉末的粒度通常只能控制在微米级以上,粉末的形貌稍差。
3、固相配位反应法:此方法也是近些年发展起来的,尤其适于合成金属簇合物和固相配合物的一种方法。首先,在室温或低温下制备固相金属配合物,然后,在一定温度下热分解制得氧化物超细粉末。固相配位反应法保留了传统高温固相反应法操作简便的特点,同时在合成温度、焙烧时间和产物粒度大小及分布等方面又优于它。
4、溶胶凝胶法(Sol-Gel):也称Pechini合成法,属于液相合成法,是基于某些弱酸能与某些阳离子形成螯合物,而螯合物又可与多羟基醇聚合物形成固体聚合物树脂的原理。由于金属离子可与有机酸发生化学反应而均匀分散在聚合物树脂中,达到原子水平的混合,从而在较低温度下可制得超细氧化物粉末。传统的溶胶凝胶法是采用金属醇盐水解制得溶胶,然后干燥得凝胶。
由于该法成本偏高,工艺复杂,材料工作者相继对其进行了改进,派生出一些新方法,如柠檬酸配合法、甘氨酸配合法、高分子聚合物配合法、多羟基酸配合法等。锂离子筛的制备主要是在不破坏前驱体尖晶石构型的前提下,用合适的脱出剂脱出其中的锂离子,以保证所得锂离子筛对锂离子的记忆性。目前,使用的脱出剂主要是酸性化合物,如盐酸、硝酸以及硫酸等。评价脱出效果的指标主要是锂的脱出率及锰的溶损率。人们希望通过采用优良的脱出剂,使锂的脱出率最大、锰的溶损率最小。因为相对于盐酸,硝酸和硫酸都具有较强的氧化性,某种程度上会加大锰的溶损,所以用合适浓度的盐酸作为脱出剂的居多。然而,同种洗脱剂,浓度不同,洗脱时间不同,洗脱效果也不一样。因此,在制备离子筛的时,需要选择出最佳酸洗转型条件。
五、锂离子筛的检测
制备好的离子筛需对其表面形貌检测即对前驱体酸洗脱锂后产物进行SEM检测,得出扫描结果图像。通过与前驱体结构的扫描图像对比可以检测出,在酸洗脱锂过程中前驱体的结构有没有被破坏,再通过与文献中图片对比,可以检测出产物是否为尖晶石晶体结构, 晶型是否完整。然后再对产物(前驱体)进行XRD检测,得出扫描结果图, 根据扫描结果图,判断产物是否为尖晶石型LiMn2O4,是否有杂质。通过与文献中图谱对比,可以检测出产物是否有缺陷,是否为尖晶石型LiMn2O4,是否有杂质等。
六、结语
目前,对离子筛的研究还停留在试验阶段,如果要实现其工业化,就必须先解决其造粒及锰的溶损问题。同时,必须通过改进合成方法、优化实验条件等手段来提高离子筛的实际吸附量。锰氧化物锂离子筛是一种新型的、高效的、绿色的吸附剂,有着良好的应用前景。所以,锰氧化物锂离子筛吸附法已经成为国际上从盐湖卤水和海水中提锂的重要研究方向。
核聚变反应堆的原理很简单,只不过对于人类当前的技术水准,实现起来具有相当大的难度。
物质由分子构成,分子由原子构成,原子中的原子核又由质子和中子构成,原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电,中子不带电。电子受原子核中正电的 吸引,在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同,如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子,铀是天然元素中最重的原子,有92个质子和 92个电子。
核聚变是指由质量轻的原子(主要是指氢的同位素氘和氚)在超高温条件下,发生原子核互相聚合作用,生成较重的原子核(氦),并释放出巨大的能量。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。其实,利用轻核聚变原理,人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸,但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变,瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要,长期持续释放,才能使核聚变发电,实现核聚变能的和平利用。
如果要实现核聚变发电,那么在核聚变反应堆中,第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态,也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚,让原子核能自由运动,这时才可能使裸露的原子核发生直接接触,这就需要达到大约10万摄氏度的高温。
第二步,由于所有原子核都带正电,按照"同性相斥"原理,两个原子核要聚到一起,必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近,静电产生的斥力就越 大,只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时,核力(强作用力)才会伸出强有力的手,把它们拉到一起,从而放出巨大的能量。
质量轻的原子核间静电斥力最小,也最容易发生聚变反应,所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素,在自然界中存在的同位素有: 氕、氘 (重氢)、氚 (超重氢)。在氢的同位素中,氘和氚之间的聚变最容易,氘和氘之间的聚变就困难些,氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时,先考虑氘、氚之间 的聚变,后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应,释放的能量也更多;但是以人类目前的科技水平,尚不足满足其聚变条件。
为了克服带正电子原子核之间的斥力,原子核需要以极快的速度运行,要使原子核达到这种运行状态,就需要继续加温,直至上亿摄氏度,使得布朗运动达到一个疯狂的水平,温度越高,原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了,氚的原子核和氘的原子核以极大的速度,赤裸裸地发生碰撞,结合成1个氦原子核,并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。
反应堆经过一段时间运行,内部反应体已经不需要外来能源的加热,核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应 堆,并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内,核聚变就能持续下去;核聚变产生的能量一小部分留在反应体内,维持链式反应,剩余大部分的能量可以通过热 交换装置输出到反应堆外,驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。
核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的元素--氘(也就是重氢)。氘在海水中的含量还是比较高的,只需要通过精馏法取得重水,然后再电解重水就能得到氘。新 的问题出现了,仅仅有氘还是不够的,尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式,但我们人类现有条件下,根本无法控制氘-氘反应,它太猛烈了,所需要的温度要 高得多,除了在实验室条件下做一次性的实验外,很难让它链式反应下去--那是氢弹一样的威力。还好,人们发现了氘-氚反应的烈度要小很多,它的反应速度仅 仅是氘-氘反应的100分之一,而点火温度反倒低得多,很适合人类现有条件下的利用。
而氚不同于氘,氚是地球上最稀有的元素,由于氚的半衰期只有12。26年,所以在地球诞生之初的氚早已衰变地无影无踪了。现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的,人们通常用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚-- 它是地球上最贵的东西之一,一克氚价值超过30万美元,仅在美国保存有30公斤左右的氚。这 么贵的原料,用作核聚变发电显然是无法接受的,幸好上帝给人类又提供了一种好东西--锂。锂元素也是世界上最丰富的资源,有2000多亿吨。一方面海水中 就包含足够的氯化锂,分离出来即可。另一方面,中国是世界锂资源最丰富的国家,碳酸锂矿也不是稀有资源,更容易获得。锂的2种同位素--锂-6和锂-7, 在被中子轰击之后,就会裂变,他们的产物都是氚和氦,目前为止人类在重水反应堆中制造氚,用的就是将锂靶件植入反应堆的方法。
在聚变反应堆内,氚和氘反应后,除了形成一个氦原子核之外,还有一个多余的中子,并且能量很高。我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓 度,那么核聚变产生的中子就会轰击锂核,促使锂核裂变,产生一个新的氚,这个氚则继续参与氚-氘反应,继而产生新的中子,链式反应形成了。所以,理论上我 们只需要给反应体提供两种原料--氘和锂,就能实现氘-氚反应,并且维持它的进行。
看起来很简单是吧,只是还有一个问题,能够承载上亿摄氏度超高温反应体的核反应堆用什么材料来制造呢?要知道,太阳表面的温度也才只有6000万度左右。 迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度高温的材料,更不要说上亿摄氏度了。以上这些因素就是为什么一槌子买卖的氢弹已经爆炸了50年后,人类还是 没能有效地从核聚变中获取能量的重要原因。
帖子附图:
中国核聚变研究巨大突破:耗资惊人的人造“太阳”计划
作者:柏弧紫 于 2009-08-28 08:19:46 发表 只看该作者
位于四川省成都市双流县白家镇,核工业西南物理研究院聚变研究试验基地的"中国环流器2号A装置" 2006年9月28日,中国耗时6年、耗资3亿元人民币自主设计制造的新一代托卡马克磁约束核聚变装置"EAST"首次成功完成放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电;使EAST成为世界上第一个建成并真正运行的"全超导非圆截面托卡马克"核聚变实验装置。这是中国可控核聚变研究的里程碑式突破。
在古希腊神话中,普罗米修斯从太阳神阿波罗处盗下的天火,照亮了人类的黑夜。在人类现代科技中,可控核聚变技术将照亮人类能源的未来之路,由于可控核聚变反应堆产生能量的方式和太阳类似,因此它也被俗称为"人造太阳"。
太阳是热核聚变反应的典型代表,1938年,美国科学家贝特(H。Bethe)和德国科学家魏茨泽克(C。F。v。Weizsacker)推测太阳能源可 能来自它的内部氢核聚变成氦核的热核反应,这甚至早于核裂变模型的提出。太阳的核心温度高达1500万摄氏度,表面有6000度,压力相当于2500亿个 大气压。核心区的气体被极度压缩至水密度的150倍。在这里每时每刻都发生着热核聚变,太阳每秒钟把七亿吨的氢变为氦,在这过程中失去400多万吨的质量,这种聚变反应已经持续了几十亿年,它的辐射能量给地球带来无限生机。
世界能源危机
自人类进入工业化以来,世界能源消耗迅速增长。有数据显示,自1973年以来,人类已经开采了5500亿桶石油(约合800亿吨),按照现在的开采速度, 地球上已探明的1770亿吨石油储量仅够开采50年,已探明的173万亿立方米天然气仅够开采63年;已探明的9827亿吨煤炭还可以用300年到400 年。核电站发电需要浓缩铀,世界上已探明的铀储量约490万吨,钍储量约275万吨,全球441座核电站目每年需要消耗6万多吨浓缩铀,地球上的铀储量仅 够使用100年左右。世界各国水能开发也已近饱和,而风能、太阳能尚无法满足人类庞大的需求。
随着石油价格上涨,能源危机再次被提起,各国也加快了新能源研发,核聚变能就是重点之一。与传统的裂变式核电站相比,核聚变发电具有明显的优势。核聚变所 用的重要核燃料是氘,理论上,只需1千克氘和10千克锂(通过锂可得到氘)就可以保证一座百万千瓦聚变核电站运转一天,而传统核电站和火力发电站至少需要 100千克铀或1万吨煤。制取1千克浓缩铀的费用是1。2万美元,而制取1千克氘的费用只有300美元。一座100万千瓦的核聚变电站,每年耗氘量只需304千克;而一座百万千瓦裂变式核电站,需要30-40吨核燃料。
氘的发热量相当于同等煤的2000万倍,是海水中大量存在的元素。据测算,海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子,每1公升海水中含有0。03克的 氘,通过核聚变反应产生的能量,相当于燃烧300公升的汽油。就是说,"1升海水约等于300升汽油"。地球上的海水总量约为138亿亿立方米,其中氘的 储量约40万亿吨,足够人类使用百亿年。锂是核聚变实现纯氘反应的过渡性辅助"燃料",地球上的锂储量有2000多亿吨,海水中的氘再加上锂至少够我们地 球用上千亿年。氚虽然在自然界比氘少得多,但可从核反应中制取,也可用于热核反应。科学家们正在以海水中的氘为主要原料,进行核聚变反应试验,以期建立可 以投入商业运营的热核聚变反应堆,彻底解决人类未来的能源问题。
更为可贵的是核聚变反应是清洁能源,中几乎不存在放射性污染,核裂变的原料本身带有放射性,而核聚变反应过程中,在任何时刻都只有一丁点的氘在聚变, 无需担忧失控的危险,而且也不会产生放射性的物质。即使像切尔诺贝利核电站那样发生损坏,核聚变反应堆也会自动立即中止反应,因此受控核聚变产生的能量名 符其实是一种无限、清洁、成本低廉和安全可靠的新能源。在这一系列的动力下,核聚变的研究已经持续了半个多世纪。
核聚变反应堆工作原理
与其他能源相比,核聚变反应堆有几项显著的优点,因而一直备受媒体的关注。它们的燃料来源十分充足,辐射泄漏也处于正常范围之内,与目前的核裂变反应堆相比,其放射性废物更少。
然而迄今为止,还没有人将这一技术应用到实践中,但建造这种反应堆实际上已为期不远。目前,核聚变反应堆正处于试验阶段,世界各个国家及地区的多个实验室都开展了这项研究。
氘-氘反应——两个氘原子结合,生成一个氦3原子和一个中子。
氘-氚反应——一个氘原子和一个氚原子结合,生成一个氦4原子和一个中子。其中大部分能量以高能中子的形式释放。
从概念上讲,利用反应堆中的核聚变十分容易。但为了让这一反应以可控、无害的方式进行,科学家们历经周折。为了了解其中的缘由,我们需要先看一下发生核聚变的必要条件。
当氢原子聚合时,它们的原子核必须结合在一起。然而,由于每个原子核中的质子都带有相同的电荷(正电),因而会互相排斥。如果您曾试着将两块磁铁放在一起并感到它们互相推开,则意味着您已亲身体验了这一原理。
若要实现核聚变,需要创造一些特殊的条件来克服这种排斥力。下面是发生核聚变的一些必要条件:
高温——高温可为氢原子提供足够的能量,以克服质子之间的电荷排斥。
核聚变需要的温度约为1亿开(约是太阳核心温度的六倍)。
在这样的高温下,氢的状态为等离子体,而不是气体。等离子体是物质的一种高能状态,其中所有电子都从原子中剥离出来,并可以自由移动。
太阳的高温是由重力压缩核心的巨大质量而产生的。我们要制造出这样的高温,就必须利用微波、激光和离子粒子的能量。
高压——压力可将氢原子挤在一起。氢原子之间的距离必须在1x10-15米以内,才能进行聚合。
太阳利用其质量和重力将核心内的氢原子挤压在一起。
我们要将氢原子挤压在一起,必须使用强大的磁场、激光或离子束。借助目前的技术,我们只能实现发生氘-氚聚变所需的温度和压力。氘-氘聚变需要的温度更高,这种温度有可能在将来实现。基本上,利用氘氘聚变会更加方便,因为从海水中提取氘比从锂中提取氚要更加容易。另外,氘不具有放射性,而且氘氘反应可释放更多的能量。
有两种方法可实现发生氢聚变所需的温度和压力:
磁约束使用磁场和电场来加热并挤压氢等离子体。法国的ITER项目使用的就是这种方法。