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      為什么不把核廢料送到太陽上去?

       魅力科學君 2022-12-22 發表于四川

      盡管人類目前掌握的可控核裂變技術只是對核能的初級利用,但這已經非常香了,有多香呢?這樣說吧,如果1公斤的鈾-235完全裂變,那么其釋放出的能量,就大概相當于2798噸標準煤充分燃燒后釋放出的總能量。

      不過在利用核裂變產生的能量時會產生大量的核廢料,特別是其中有少部分具有極強的放射性的物質,如果不對其進行妥善處理,它們就會對地球上的生態環境形成巨大的破壞。

      對于這種具有高放射性的核廢料,人類目前基本上都是將其封存并深埋起來,然后期待未來的科技能夠將其徹底清理。然而這并不是一勞永逸的處理方式,因為這些核廢料的半衰期可以長達數萬年、甚至數十萬年,在如此漫長的時間里,誰也無法保證它們就一直不會出問題。

      既然如此,我們為什么不把核廢料送到太陽上去呢?聽上去這似乎是一個好主意,但仔細分析一下你就會發現,這種方法根本就不可行。

      首先就是安全問題,這其實很容易理解,要知道人類向外太空發射物體并不是每一次都是成功的,大家不妨想象一下,假如一枚運載著大量高放射性核廢料的火箭在發射過程中出現了意外,隨后在半空爆炸解體,那接下來會發生什么?

      除此之外,還有一個更大的難題,那就是:想要從地球表面發射一個物體到太陽上去實在是太難了,以至于其所需要的能量,比從地球表面發射一個物體飛出太陽系所需要的能量還要多。

      或許有人會認為,由于太陽的引力非常強大,因此我們只需要將一個物體發射到外太空,并給它一個向太陽運動的初始動力,然后太陽的引力就可以直接將這個物體“吸”過去,這應該不需要太多的能量。

      但實際情況卻并非如此,因為這種想法并沒有考慮到地球的公轉速度,要知道地球一直在以大約30公里/秒的速度圍繞著太陽公轉,正是因為如此,地球才不會被太陽的引力“吸”過去,為什么呢?

      這可以用牛頓經典力學來進行簡單解釋,即:因為地球公轉運動所產生“離心力”平衡了太陽的引力,所以地球就會一直圍繞著太陽公轉,而不會墜入太陽(注:“離心力”是一種虛擬力,其本質其實是物體慣性的體現,請大家注意區分)。

      顯而易見的是,我們從地球表面發射的物體,其本身當然也具備了地球的公轉速度,所以它同樣也會圍繞著太陽公轉。

      如果我們給這個物體一個向太陽運動的初始動力,那么它飛向太陽的速度就會與原本的公轉速度結合起來,然后沿著一個比地球公轉軌道更加狹長的橢圓軌道圍繞著太陽公轉,而不會徑直飛向太陽。

      在這種情況下,我們有兩種方法可以將這個物體送上太陽,方法一:通過反向加速使該物體原本具有的公轉速度降為零,這樣它就可以直接被太陽引力“吸”過去;方法二:大幅增加該物體向太陽的運動速度,令其橢圓軌道的近日點落在太陽表面之內。

      簡單計算一下可知,方法一需要30公里/秒的速度增量,方法二則需要26.9公里/秒的速度增量。

      作為對比,地球軌道上的太陽逃逸速度約為42公里/秒,意思就是說,在地球軌道上,只要一個物體的運動速度達到了42公里/秒(相對于太陽),那么它就可以僅憑自身的慣性擺脫太陽的引力束縛,進而在無需額外能量的情況下飛出太陽系。

      已知地球的公轉速度為30公里/秒,也就是說,在此基礎上,我們只需要給物體一個12公里/秒的速度增量,它就可以直接飛出太陽系,相對于將物體送上太陽來講,其需要的能量明顯要低得多。

      由此可見,從地球表面發射一個物體到太陽上去,其難度比想象中的要高得多,為了說明這一點,我們不妨來看一個具體的例子。

      “帕克”太陽探測器是一個能夠對太陽進行近距離觀測的探測器,該探測器于2018年發射升空,其最終目的是在距離太陽光球層大約600萬公里的位置上觀測太陽,根據計劃,“帕克”將7次利用金星的“引力彈弓”進行制動才能完成這個目標,整個過程需要長達7年的時間。

      需要知道的是,地球上目前已有的高放射性核廢料大約為12萬噸,并且平均每一年,這個數字還會增加大約7000噸。送一個小小的探測器到太陽附近都已經如此大費周折了,就更不用說把如此多的核廢料送到太陽上去了,毫不夸張地講,即使不考慮安全問題,這也是一件不可能做到的事情。


      好了,今天我們就先講到這里,歡迎大家關注我們,我們下次再見。

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