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第112章 展望核聚变

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“因此,等离子体的温度、密度和约束时间三者乘积称为‘聚变三重积’。当它达到10的22次方时,聚变输出的功率等于为驱动反应而输入的功率,超过这一基本值,反应才能自持进行。

“按照三重积的量级,想达成热核聚变反应,需要特殊的反应容器,以获取和维持足够的反应条件。

“最初有三种利用磁场来约束等离子体的方法。

“第一种是‘磁笼’。根据电磁定律,运动中的带电粒子会在磁场的作用下发生弯曲,而磁场是可以用通电线圈营造出来的。

“‘磁笼’是用线圈营造出一个特殊形状的机器,等离子体在抽成真空的容器中绕圈运动,在磁笼的约束下形成一个闭环,这样就可以不用接触容器壁了。

“第二种‘磁镜’,是可以让以直线运动的等离子体,在到达真空管道的一端后被弹回来,就像光线被镜子反射回来一样。

“第三种‘箍缩’,是利用等离子体在有电流通过时会自动收缩的特性,用放电的方式对等离子体进行压缩,将核聚变材料约束在电流线的周围,不让它碰到容器壁。

“到了现在,主要采用磁约束聚变和惯性约束聚变两种不同途径。

“惯性约束聚变(Inertial Confinement Fusion,ICF)是利用激光或激光产生的 X射线作驱动源,均匀地加热装填氘氚燃料的微型球状靶丸外壳表面,形成高温高压等离子体并向外喷射,产生反冲压力,快速地向内压缩靶丸未加热的部分,使氘氚主燃料层密度达到每立方厘米几百克质量,并在氘氚燃料芯部形成高温高密度热斑,点燃聚变反应。

“燃烧从中心向外迅速地在被压缩的主燃料层中传播,靶丸自身的惯性约束高温高密度燃烧需要足够长的时间,进行充分的燃烧后,放出大量聚变能,获得能量增益。

“基于激光的反应堆,可以让核聚变在很短的时间内发生。但需要将数百束激光束聚焦在一个目标上,每秒加热目标10次,需要很多能量。相关的实验,现在还没有跨过净能量增益的门槛。

“而且从工程角度来看,是非常困难的。需要体育场那么大面积,强大的激光束,可以创造出像恒星和巨行星的核心,以及核武器爆炸时的温度和压力…

“激光器模仿太阳中心的条件,将重氢同位素,氘和氚,融合成氦。

“将氢气小球放入胡椒粒大小的装置中,然后使用数百束强大的激光,加热和压缩氢燃料。

“激光在进入环空器后,会击中内壁并使其发出X射线,然后这些X射线可以将其加热到1亿摄氏度——比太阳中心还热,并将其压缩到地球大气压的1000亿倍以上。

“高能激光会使小球表面等离子体化,其余中心材料受到牛顿第三定律驱使,最终会向中央坍缩发生内爆。

“在内爆时,只要对燃料球给予正确的高温高压就能发生链式反应——也就是‘点火’,随之便会放出大量能量。

“这种输出,即3万万亿瓦特的功率,本身就创造了非常极端的环境,更加接近于核武器爆炸。

“作为武器的氢弹中的氘氚是凝聚态,并用原子弹压缩实现瞬时整体核反应。在激光惯性约束产生核聚变中,氘氚也是凝聚态,不同点是用激光压缩。如此一来,便开辟了研究氢弹的新途径。Sir,咱们或许可以弄出不需要原子弹引爆的氢弹。”

史蒂芬:“……”

“磁约束核聚变(Magnetic confinement fusion, MCF)是利用磁场与高热等离子体来引发核聚变反应的路线。

“先加热燃料,使它成为等离子体形态,再利用磁场,拘束住高热等离子体中的带电粒子,使它进行螺线运动,进一步加热等离子体,直到产生核聚变反应。

“目前国际上主流的方案是使用托卡马克技术来达成磁约束核聚变。相当于‘磁笼’和‘箍缩’的混合体,外形有点像轮胎,内含多组线圈,有些线圈负责形成强磁场,从外部来约束等离子体,有些线圈负责箍缩,从内部来约束等离子体。

“托卡马克是俄语单词токамак,来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。指的是“带有电磁线圈的环形真空室”。

“它的中央是一个环形真空,外面围绕着线圈。通电时其内部会产生巨大螺旋形磁场,将其中的等离子体加热到很高温度,以达到受控核聚变的目的。

“向环形真空室内充入一定气体,在微波等预电离手段的作用下,产生少量离子,然后通过感应或者微波、中性束注入等方式,激发并维持一个强大的环形等离子体电流。

“这个等离子体电流与外面的线圈电流一起,产生一定的螺旋型磁场,将其中的等离子体约束住,并使其与外界尽可能地绝热。

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