更高效的三种能源,榜首仅需1克做为能源,就可将火箭送上月球?

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路人甲
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目前更高效的三种能源,榜首仅需要1克做为能源,就能够将火箭送上月球?

一.核裂变

核裂变是指由较重的原子核(一般指铀核或钚核)团结成两个或多个量量较小的原子的一种核反响形式。原枪弹或核能发电厂的能量来源就是核裂变。而此中铀裂变在核电厂最常见,而钚裂变释放的能量一般做为宇宙空间探测器的能源来源,摘用钚电池(核动力电池)供能,如游览者1号。

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1克铀-235的全数裂变将释放的能量与燃烧大约2吨煤所释放的能量不异。核裂变的量量吃亏可能在0.1%摆布(而甲烷分子构成过程中量量吃亏仅仅为0.000031%),即裂变后吃亏的量量全数转化为能量,根据爱因斯坦的量能方程E=mc^2就能够算出吃亏的量量对应所释放能量的大小。

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链式反响

二.核聚变

现在,我们仍然没有找到能有效的实现可控核聚变的办法(不成控核聚变利用于氢弹,也喊热核兵器)。核聚变,又称聚变反响或热核反响。是指由量量较小的原子,次要指氘,在超高温暖高压(上亿度高温),在极高的温度和压力下,核外电子会脱节原子核的束缚,使两个原子核征服库仑力(使两个原子核彼此靠近到强彼此感化范畴),进而碰碰到一路,生成量量更重的原子核,例如氦。核聚变过程中会有浩荡的能量释放,核聚变反响的量量吃亏大约为0.7%。

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更高效的三种能源,榜首仅需1克做为能源,就可将火箭送上月球?

核聚变反响安装

科学家正在勤奋研究可控核聚变,核聚变即将成为将来的能量来源。海水中含有的核聚变所需的原料十分丰富,海水中每600个氢原子中就有一个氘原子,海水中氘的总量约40万亿吨,每升海水中所含的氘完全聚变所释放的能量相当于300升汽油完全燃料所释放的能量。按目宿世界消耗的能量计算,海水中氘的聚变能可用几百亿年,能够说是用之不尽,取之不竭。

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三.反物量

要聊反物量,起首晓得反粒子概念。狄拉克第一次从理论上预言了反粒子的存在;

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狄拉克 诺贝尔奖得主

1932年卡尔·安德森发现正电子的存在;

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卡尔·安德森

1955年张伯莱发现了反量子;1956年又发现了反中子。如今根本能够确定每一种根本的粒子都有与之对应的反粒子。电子对应的反粒子为正电子,它们的量量和带电荷量不异,但电性相反;量子的反粒子是反量子,它们的量量和带电荷量不异,但电性相反……

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正反粒子湮灭想象图

我们四周的一切物量都是“通俗物量”,即正物量,与之对应的即为反物量。正物量由电子(带负电)和带正电的原子核构成;反物量由正电子(带正电)和带负电的原子核构成(反中子与中子磁性相反,其它性量不异)。反物量中的原子核之所以带负电是因为构成原子核的“量子”是反量子(也称负量子),它与量子的电性相反。

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反物量是一般物量的反形态。理论上所有的物量都有对应的反物量(科学家已经能够造造反氢子)。当正反物量相遇时,两边就会彼此湮灭抵消(即正反物量的量量全数转化为能量),根据量能方程E=mc^2可知,一克反物量与一克正物量发作湮灭所释放的能量大的惊人(大约为1.8×10^14焦耳,相当于21608吨TNT当量,投放在日本广岛的原枪弹当量仅为15000吨tnt当量)。

反物量发作湮灭时的量能转换为百分之百,那是人类的末极能源。可是造造反物量的成本十分昂扬(据说造造一克反物量的成本可能需要62.5万亿美圆),且反物量极难保留,因为它会被四周正物量兼并。如今讨论反物量做为能源就是天方夜谭。

回到正题,1克反物量湮灭所释放的能量能否能够把火箭送上月球呢? 以世界上运载才能最强的火箭美疆土星5号为例。

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土星五号火箭主体

土星5号自1967年首飞至今仍然连结着更大运载才能火箭的世界纪录,也是同期间美国第二强火箭土星1号B和苏联同期间最强火箭量子-K运载才能的7倍,也是21世纪最强火箭重型猎鹰的2倍运力(来自维基百科)。同时它也是人类汗青上利用过的自重更大的运载火箭,火箭整体高达110.6米,起飞重量3038500kg,总推力达3408000kg,近地轨道运载才能118000kg,月球轨道运载才能45000kg。

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土星五号火箭系列 共发射13次

所以,发射土星五号探月工程火箭总共消耗了几燃料呢?很遗憾我没有查到详细的数据。但是我查到了每一级火箭无燃料量量和满载燃料量量的数据,它们两者之间的差值就是推进剂的量量。再根据差别燃料类型反响的化学方程式和燃烧热值,就能够粗略计算出所有火箭燃料释放的能量(计算过程和办法纷歧定准确,仅供参考)。

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火箭次要设想者—冯·布劳恩

土星五号火箭有三级构造。

第一级,无燃料量量为131吨,满载燃料量量为2300吨,做差得到推进剂的量量为2169吨,推进剂为煤油/液氧;

(由煤油燃烧的化学方程式计算得到第一级推进剂中煤油的量量可能为m1=560吨,此数值纷歧定准确。)

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五台F—1火箭策动机

更高效的三种能源,榜首仅需1克做为能源,就可将火箭送上月球?

第二级,无燃料量量为36吨,满载燃料量量为480吨,做差得到推进剂的量量为444吨,推进剂为液氢/液氧;

(由氢气燃烧的化学方程式计算得到第二级推进剂中液态氢量量可能为m2=49.33吨,此数值是根据理论上氢与氧化学反响方程式配比2:1计算得到,纷歧定准确。)

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5台J—2火箭策动机

更高效的三种能源,榜首仅需1克做为能源,就可将火箭送上月球?

第三级,无燃料量量为10吨,满载燃料量量为128.8吨,做差得推进剂量量为118.8吨,推进剂为液氢/液氧;

(同理计算得到第三级推进剂中液态氢的量量可能为m3=13.2吨,此数值纷歧定准确)

更高效的三种能源,榜首仅需1克做为能源,就可将火箭送上月球?

一台J—2火箭策动机

注:[煤油没有固定的化学方程式,那里用一般式取代:2CmHn+[(4m+n)/2]O2=2mCO2+nH2O

差别类此外煤油的热值不尽不异,那里取q1=4.6×10^7J/kg(一千克煤油完全燃烧释放46000000焦耳的能量)。

关于液态氢,就取氢气的热值,取q2=1.42×10^8J/kg,氢气与氧气燃烧的化学方程式为:2H2+O2=2H2O]

所以第一级火箭中燃料(煤油)燃烧释放的能量E1=m1×q1=560×10^3×4.6×10^7=2.58×10^13J。

第二、三级火箭中燃料(液氢)燃烧释放的能量E23=(m2+m3)×q2=(49.33+13.2)×10^3×1.42×10^8=8.8×10^12J。

所有燃烧释放的总能量E=E1+E23=2.58×10^13+8.8×10^12=3.46×10^13J

计算得到的火箭燃料释放的总能量E带进量能方程E=mc^2,此中c为光速(c=299792458m/s)。算得m=E/c^2=3.46×10^13/(3×10^8)^2=0.00038kg。即0.38克。所以,仅仅需要0.19克反物量和0.19克正物量发作湮灭所产生的能量理论上能够把土星五号送上月球。

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人类初次登月

以上所涉及的所有计算若有不妥之处请读者多多原谅并及时斧正,能够在评论区给我留言,我们一路切磋吧。

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