受控熱核反應
來源: 中國核電信息網
發布日期:2011-06-16
實現受控熱核反應,首先就要加熱聚變物質,達到幾千萬度乃至上億度的高溫,使熱核反應能夠發生.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)等方法來解決.其次是要把一定密度的高溫等離子體約束一定的時間,使其不致擴散,以便產生足夠數量的聚變反應,來抵償加熱過程中消耗的能量.只有這樣,才能達到“點火”的目的,使熱核反應持續不斷地進行下去.
怎樣來約束等離子體呢?用普通的容器是不行的,因為沒有任何一種容器能承受幾千萬度的高溫.目前采取的辦法有兩種.一種是用磁場來約束.我們知道,帶電粒子在磁場中或者是沿磁力線運動,或者是繞磁力線旋轉,磁場越強,帶電粒子旋轉的半徑越小.所以強磁場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,就是利用磁場把聚變物質約束在環形室內.它的基本原理是,把盛有聚變物質的金屬環形室裝在變壓器上做次級線圈,初級線圈跟充電的電容器連接.當電容器通過初級線圈放電時,環形室中就有大電流的氣體脈沖放電,放電時還產生環繞電流的磁場,使等離子體被壓縮到環形室的中心部分.壓縮作用和電流的歐姆熱都使等離子體的溫度升高.環形室的外面還繞有線圈,放電時有電流通過,產生環向磁場(圖9-10).但是,由于高溫等離子體很不穩定,而且能夠強烈地向外輻射能量,所以要把它們約束較長的時間又能保持高溫,是很不容易的.根據勞遜判據,達到能量得失相當的條件,僅與等離子體密度n和約束時間t有關.對于氘-氚反應,所需nt的最小值為1014cm-3·s;對于氘-氚反應,nt的最小值為1016cm-3·s.美國普林斯頓等離子體物理實驗室于1982年12月建成的大型托卡馬克聚變試驗裝置(Tokamak Fusion Test Reactor,簡稱TFTR)是目前世界上最先進的試驗裝置之一.根據最近的報導,該裝置可望于1989年實行氘-氚反應運行時,達到釋放的核聚變能量與輸入的能量“得失相當”的階段.
另一種約束方法,是利用聚變物質的慣性進行約束.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)從四面八方進行照射(圖9-11),在10-9秒的時間內把靶丸加熱到1億度的高溫,表層物質迅速氣化,產生一個向心的壓力,使球內物質密度增加1萬倍從而實現聚變反應.因為引爆的時間非常之短,聚變物質由于自身的慣性,還來不及擴散就產生了核反應,所以叫慣性約束.這種用激光引爆的熱核反應跟氫彈一樣難以控制,但由于每次參加熱核反應的物質很少,所以可以用一連串的微型“聚爆”達到連續燃燒的目的.不過采用這種約束方法,目前達到的密度壓縮還不夠大,與理論上的點火條件,還有相當大的距離.
從目前情況來看,有實際應用價值的受控熱核反應裝置,可能要到下個世紀才能實現.
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