受控?zé)岷朔磻?yīng)
來(lái)源:中國(guó)核電信息網(wǎng) 發(fā)布日期:2011-06-16
實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng),首先就要加熱聚變物質(zhì),達(dá)到幾千萬(wàn)度乃至上億度的高溫,使熱核反應(yīng)能夠發(fā)生.這可以用輸入大功率的電磁波、注入高能量的中性粒子或帶電粒子束、絕熱壓縮、歐姆加熱(在電阻性等離子體中由電流耗散的焦耳熱)等方法來(lái)解決.其次是要把一定密度的高溫等離子體約束一定的時(shí)間,使其不致擴(kuò)散,以便產(chǎn)生足夠數(shù)量的聚變反應(yīng),來(lái)抵償加熱過(guò)程中消耗的能量.只有這樣,才能達(dá)到“點(diǎn)火”的目的,使熱核反應(yīng)持續(xù)不斷地進(jìn)行下去.
怎樣來(lái)約束等離子體呢?用普通的容器是不行的,因?yàn)闆](méi)有任何一種容器能承受幾千萬(wàn)度的高溫.目前采取的辦法有兩種.一種是用磁場(chǎng)來(lái)約束.我們知道,帶電粒子在磁場(chǎng)中或者是沿磁力線運(yùn)動(dòng),或者是繞磁力線旋轉(zhuǎn),磁場(chǎng)越強(qiáng),帶電粒子旋轉(zhuǎn)的半徑越小.所以強(qiáng)磁場(chǎng)能起約束等離子體的作用.目前,很有前途的一種磁約束裝置——托卡馬克裝置,就是利用磁場(chǎng)把聚變物質(zhì)約束在環(huán)形室內(nèi).它的基本原理是,把盛有聚變物質(zhì)的金屬環(huán)形室裝在變壓器上做次級(jí)線圈,初級(jí)線圈跟充電的電容器連接.當(dāng)電容器通過(guò)初級(jí)線圈放電時(shí),環(huán)形室中就有大電流的氣體脈沖放電,放電時(shí)還產(chǎn)生環(huán)繞電流的磁場(chǎng),使等離子體被壓縮到環(huán)形室的中心部分.壓縮作用和電流的歐姆熱都使等離子體的溫度升高.環(huán)形室的外面還繞有線圈,放電時(shí)有電流通過(guò),產(chǎn)生環(huán)向磁場(chǎng)(圖9-10).但是,由于高溫等離子體很不穩(wěn)定,而且能夠強(qiáng)烈地向外輻射能量,所以要把它們約束較長(zhǎng)的時(shí)間又能保持高溫,是很不容易的.根據(jù)勞遜判據(jù),達(dá)到能量得失相當(dāng)?shù)臈l件,僅與等離子體密度n和約束時(shí)間t有關(guān).對(duì)于氘-氚反應(yīng),所需nt的最小值為1014cm-3·s;對(duì)于氘-氚反應(yīng),nt的最小值為1016cm-3·s.美國(guó)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室于1982年12月建成的大型托卡馬克聚變?cè)囼?yàn)裝置(Tokamak Fusion Test Reactor,簡(jiǎn)稱(chēng)TFTR)是目前世界上最先進(jìn)的試驗(yàn)裝置之一.根據(jù)最近的報(bào)導(dǎo),該裝置可望于1989年實(shí)行氘-氚反應(yīng)運(yùn)行時(shí),達(dá)到釋放的核聚變能量與輸入的能量“得失相當(dāng)”的階段.
另一種約束方法,是利用聚變物質(zhì)的慣性進(jìn)行約束.先把氘、氚制成液體或固體的靶丸(半徑0.1毫米到幾毫米),用激光(或高能帶電粒子)從四面八方進(jìn)行照射(圖9-11),在10-9秒的時(shí)間內(nèi)把靶丸加熱到1億度的高溫,表層物質(zhì)迅速氣化,產(chǎn)生一個(gè)向心的壓力,使球內(nèi)物質(zhì)密度增加1萬(wàn)倍從而實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng).因?yàn)橐臅r(shí)間非常之短,聚變物質(zhì)由于自身的慣性,還來(lái)不及擴(kuò)散就產(chǎn)生了核反應(yīng),所以叫慣性約束.這種用激光引爆的熱核反應(yīng)跟氫彈一樣難以控制,但由于每次參加熱核反應(yīng)的物質(zhì)很少,所以可以用一連串的微型“聚爆”達(dá)到連續(xù)燃燒的目的.不過(guò)采用這種約束方法,目前達(dá)到的密度壓縮還不夠大,與理論上的點(diǎn)火條件,還有相當(dāng)大的距離.
從目前情況來(lái)看,有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的受控?zé)岷朔磻?yīng)裝置,可能要到下個(gè)世紀(jì)才能實(shí)現(xiàn).
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