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人类真的能造出太阳吗,制造人造太阳有何目的呢?
   https://www.fubuwang.com 2023-07-05 22:16:05 来源:网络
核心提示:说到“人造太阳”,我们都知道是可控核聚变技术装置,但是不清楚的朋友可能仍然会认为是人类造出了一个“小太阳”,实际上它是利用的可控核聚变技术制造出来的一团高温等离子体,通常并非球形,而是呈环状,其目的是为了发电用。据央视等媒体4月3日报道,我

说到“人造太阳”,我们都知道是可控核聚变技术装置,但是不清楚的朋友可能仍然会认为是人类造出了一个“小太阳”,实际上它是利用的可控核聚变技术制造出来的一团高温等离子体,通常并非球形,而是呈环状,其目的是为了发电用。

据央视等媒体4月3日报道,我国自主设计的核聚变实验装置“东方超环”最新实验取得重大突破,实现了在1亿度高温之下运行10秒钟的目标。

目前的可控核聚变实验装备一般被叫做全超导托卡马克核聚变试验装置,又被叫做EAST,“东方超环”是中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所自主研制的磁约束核聚变实验装置,它也是全世界第1个全超导托克马克装置,是我国第四代可控核聚变实验装置。

该装置实验硕果累累,2017n在全世界首次实现了5000万度等离子体持续放电101.2秒的高约束运行,2018n底,又首次实现了1亿度等离子体放电,实现加热功率超过10兆瓦,等离子体储能增加到300千焦。最新的这次试验达到了1亿摄氏度保持10秒,毫无疑问这是一个让世界瞩目的实验成就。

1亿摄氏度的高温有多么的惊人?比较一下感触更深,超过50摄氏度的气温会让我们热得喘不过气来,一个大气压下,水被加热到100摄氏度就会沸腾,熔点最高的金属钨在3410摄氏度时就会融化,已知熔点最高的物质五碳化四钽铪熔点为4215摄氏度,太阳的表面温度大约为5600摄氏度℃,太阳的内部温度大约为1500万摄氏度,可见东方超环创造出的1亿摄氏度的高温要比太阳内部的温度还要高6~7倍,比太阳表面的温度则高了18,000倍左右。

所以“东方超环”这样的托卡马克装置所创造的温度其实比太阳的温度还要高,因此也难怪会被称为“人造太阳”了。

太阳能是怎么产生的

太阳能(solar energy)

一般指太阳光的辐射能量。太阳能的利用有被动式利用(光热转换)和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源,如风能,化学能,水的势能等等。

使用太阳电池,通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能

使用太阳能热水器,利用太阳光的热量加热水

利用太阳光的热量加热水,并利用热水发电

利用太阳能进行海水淡化

现在,太阳能的利用还不很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。

目前,全球最大的屋顶太阳能面板系统位于德国南部比兹塔特(Buerstadt),面积为四万平方米,每年的发电量为450万千瓦。

日本为了达成京都议定书的二氧化碳减量要求,全日本都普设太阳能光电板,位于日本中部的长野县饭田市,居民在屋顶设置太阳能光电板的比率甚至达2%,堪称日本第一。

太阳能可分为2种:

1.太阳能光伏

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置,由几乎全部以半导体物料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成。由于没有活动的部分,故可以长时间操作而不会导致任何损耗。简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源,较复杂的光伏系统可为房屋照明,并为电网供电。 光伏板组件可以制成不同形状,而组件又可连接,以产生更多电力。近年,天台及建筑物表面均会使用光伏板组件,甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分,这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统。

2.太阳热能

现代的太阳热能科技将阳光聚合,并运用其能量产生热水、蒸气和电力。除了运用适当的科技来收集太阳能外,建筑物亦可利用太阳的光和热能,方法是在设计时加入合适的装备,例如巨型的向南窗户或使用能吸收及慢慢释放太阳热力的建筑材料。

有机化的太阳能

人类对于再生性能源的需求在石化原料日渐耗尽的同时日受重视。太阳能利用是个源源不绝的绝佳能源替代方案,因为每天太阳投射到地球表面的能量大於地球所需的一万倍以上。

最近美国新泽西州,Murray Hill的贝耳实验室发展出了一种新的技术制造太阳能电池,可以使太阳能的利用更有效率以及便宜。以往由於太阳能电池的价格昂贵,不能广泛的被大型工业所采用。仅有少数多千瓦电力供应的太阳能电池存在於美国、日本与欧洲。这些电厂发电都无法像传统燃烧煤炭、天然气与石油一般的便宜。

过去的技术与经验在太阳能电池的发展上必须利用矽晶片来捕获太阳能,因为价格昂贵而无法被广泛的使用。至目前为止大多数的太阳能电池仅能在小型家用电器上,离真正被工业利用尚有一大断的距离。

目前对於降低太阳能电池价格的发展分成两个方向,一边是致力於光线的获取并增加转换效率,另一边则是专注於制造更现代的高效率电池,开发更便宜的物质或降低制程的成本。贝尔实验室的科学家J. Hendrik Schon 与他的工作夥伴利用一种含碳基的有机物质pentacene来取代太阳能电池中的矽。Pentacene是一种很具潜力的半导体物质,因为当它吸收了光线后的光电转换过程中,能同时传导正与负电荷的两种粒子(electrons and holes)。 研究人员制把pentacene放在一个透明的电极上,另一边则是半导体物质氧化锌,一份白金或者其他的传导物质中,犹如是个三明治般的将pentacene 夹在中间,他们并且发现界面的空隙中假如有少量的溴存在,Pentacene太阳能电池的效率会更佳。

Pentacene晶体薄膜的制造必须利用蒸气沉淀法才能大量制造。Pentacene 太阳能电池的最佳光电转换效率是4.5%,听起来似乎不是很让人满意,但是传统贵重的商用矽电池其效率也不过两倍於此。虽然pentacene太阳能电池效率不高,但是pentacene的薄膜可以涂抹在塑胶的表面上以增加价格的便宜,可以弯曲的特性更可在大范围的区域上使用。因此低效率的缺点便经由这样的特性而得以抵销。

有机物化制造光电池的结果,将使得太阳能的利用变得更便宜与充满前景。

太阳能是谁造的

太阳能资源。太阳能是地球最重要的能源。但是,其绝大部分能源不能透过地球大气层到达地表。如何最大限度地利用太阳能,是摆在科学家面前的科研课题

宇宙空间最丰富的能源是取之不竭的太阳能,空间太阳能发电站就是想最大限度地利用太阳能。图中左上方的宽大物体是把太阳能直接转变为电能的装置。这种装置一般是在N型硅单晶的小片上用扩散法渗进一薄层硼,以得到PN结,再加上电极而成。当太阳光直射到薄层面的电极上时,两极间就产生电动势。太阳能发电的基本途径有两种,一种是光电转移,即将太阳光直接转换成电能,称为“光发电”;一种是聚集太阳能,产生高温,再将热能转换为电能,称为“热发电”。目前,“光发电”使用较广的装置是“太阳电池板”,这种“太阳电池板”已广泛的使用在人造卫星等空间物体上

太阳能以其储量的“无限性”、存在的普遍性、开发利用 的清洁性以及逐渐显露出的经济性等优势,其开发利用是最终解决常规能源特别是化石能源 带来的能源短缺、环境污染和温室效应等问题的有效途径,是人类理想的替代能源。当前, 太阳能开发利用技术及其推广应用突飞猛进,1997年,全球太阳能电池的销售量增加了40% ,成为全球发展最快的能源。太阳能热水器已形成行业,正以其优良的性能价格比不断地 冲击燃气、电热水器市场;太阳能热电站也已商业化,是大型太阳能电站的希望所在;光电 技术发展更快,表现在光电转换效率的不断提高和光电池制造成本的不断下降以及各种新型 太阳能电池的问世。

太阳能发电潜力巨大 太阳能电池产业将大有所为

在太阳能发电系统中,技术最复杂的组成部分应属太阳能电池。可以说,太阳能电池是太阳能发电系统的核心,其开发、生产直接影响到太阳能发电的普及和发展。

太阳能电池的主要原理是通过使用半导体材料,将较薄的N型半导体置于较厚的P型半导体上,当光子撞击该装置的表面时,P型和N型半导体的接合面有电子扩散产生电流,可利用上下两端的金属导体将电流引出利用。

近代太阳能利用历史可以从1615年法国工程师所罗门·德·考克斯在世界上发明第一台太阳能驱动的发动机算起。该发明是一台利用太阳能加热空气使其膨胀做功而抽水的机器。在1615年~1900年之间,世界上又研制成多台太阳能动力装置和一些其它太阳能装置

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