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简述核聚变的控制方法

2022.9.17

  1、太阳——引力约束聚变 地球上的万物靠着太阳源源不断的能量维持自身的发展。在太阳的中心,温度高达1500万摄氏度,气压达到3000多亿个大气压,在这样的高温高压条件下,氢原子核聚变成氦原子核,并放出大量能量。几十亿年来,太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置,无休止地向外辐射着能量。太阳拥有极大质量,产生一个很强的引力场,把高温等离子体约束。

  2、氢弹——惯性约束聚变氢弹是一种人工实现的、不可控制的热核反应,也是至今为止在地球上用人工方法大规模获取聚变能的唯一方法,但是它必须用裂变方式来点火,因此它实质上是裂变加聚变的混合体,总能量中裂变能和聚变能大体相等。氢弹,从本质上讲,是利用惯性力将高温等离子体进行动力性约束,简称惯性约束。惯性约束还有激光惯性约束,其中一个方案:在一个直径约为400μm的小球内充以30-100大气压的氘-氚混合气体,让强劲率激光(达到1012W,争取1014W)均匀地从四面八方照射小球,使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍,温度达到108K而引起聚变反应。除激光惯性约束外,还有电子束等方案,但至今还没有一个成功。

  3、可控聚变的希望——磁约束带电粒子(等离子体)在磁场中受洛伦兹力的作用而绕着磁力线运动,因而在与磁力线垂直的方向上就被约束住了。同时,等离子体也被电磁场加热。 由于技术水平还不可能使磁场强度超过10T,因而磁约束的高温等离子体必须非常稀薄。如果说惯性约束是企图靠增大粒子密度n来达到点火条件,那么磁约束则是靠增大约束时间T。 磁约束装置有很多种,其中最有希望的可能是环流器(环形电流器),又称托卡马克(Tokamak)。 可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置。 托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的名字Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。我国也有两座核聚变实验装置。

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