第四章:核聚變高溫等離子體應(yīng)用核能氫彈-無(wú)控核聚變受控核反應(yīng)堆核聚變優(yōu)點(diǎn),原理等離子體中的電流磁控的概念不穩(wěn)定性慣性約束的概念可能性及世界合作/sundae_meng核能是20世紀(jì)人類的一項(xiàng)偉大發(fā)現(xiàn).1938年德國(guó)科學(xué)家用中子轟擊鈾原子核,首先發(fā)現(xiàn)核裂變現(xiàn)象.核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng):當(dāng)中子撞擊鈾原子核,一個(gè)鈾原子核吸收一個(gè)中子而分裂成兩個(gè)較輕的原子核,同時(shí)發(fā)生質(zhì)能轉(zhuǎn)換,放出能量.并產(chǎn)生2-3個(gè)中子.核聚變:從太陽(yáng)能源獲得啟發(fā).用氫的同位素:氘和氚的聚合反應(yīng)生成氦核并放出一個(gè)高能中子.質(zhì)能轉(zhuǎn)換放出更大能量.1919年首先證實(shí)了輕元素以足夠大能量碰撞引起核反應(yīng)現(xiàn)象.核能(原子能):是在原子核發(fā)生變化的過(guò)程中釋放出來(lái)的能量.太陽(yáng)能:就是原子核發(fā)生變化,在高溫,高密度氣體完全電離的等離子體條件下,輕原子核聚合成較重原子核而釋放的能量,即氫原子=>氦原子.稱為核聚變.愛(ài)因斯坦的質(zhì)能守恒公式(非相對(duì)論)E=MC2從理論上解決了質(zhì)量和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系./sundae_meng原子及原子核:高中物理的內(nèi)容.原子由原子核及圍繞其運(yùn)動(dòng)的電子組成.原子核帶正電,電子帶負(fù)電荷.電子按一定軌道圍繞原子核運(yùn)動(dòng).正點(diǎn)荷與負(fù)電荷相等,原子不帶電.原子核通常由質(zhì)子和中子組成.化學(xué)元素表按質(zhì)子數(shù)排序.質(zhì)子帶正電,中子不帶電,質(zhì)量相同.一個(gè)質(zhì)子就是一個(gè)氫原子核.如鋁的原子核內(nèi),包括13個(gè)質(zhì)子,14個(gè)中子,它的質(zhì)量數(shù)是27.電子數(shù)13.電子按一定層次排列./sundae_meng原子核的結(jié)合能:原子核的半徑很小,質(zhì)子帶正電荷.同類電荷粒子的庫(kù)侖斥力很大.

但通常原子核是穩(wěn)定的.什么原因使核子結(jié)合在一起成為原子核?答案:除了庫(kù)侖斥力外,還有另一種更強(qiáng)的力把各核子緊拉在一起.稱之為

核力。正在研究中。 核力只在很小距離內(nèi)起作用,超過(guò)距離很快減小到0.質(zhì)子和中子的半 徑約0.8×１０￣１５

米，每個(gè)核子只跟它相鄰的核子間才有核力的作用。結(jié)合能：要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功。即需要巨大能量。而相反的過(guò)程－再結(jié)合過(guò)程，則放出巨大能量。定義：核子結(jié)合成原子核時(shí)要放出一定的能量，原子核分解成核子 （質(zhì)子或中子）時(shí)克服核力要吸收同樣多的能量，這個(gè)能量叫 做原子的結(jié)合能。

核子在結(jié)合成原子核時(shí),由于有核力的作用,必須釋放一定能量∴原子 核的質(zhì)量跟組成它的核子的質(zhì)量比要小一些./sundae_meng原子核結(jié)合能與組成該原子核的核子數(shù)之比稱為原子核核子的平均結(jié)合能---即一般說(shuō)的核能(原子能).核子=質(zhì)子和中子的統(tǒng)稱.核子在結(jié)合成原子核時(shí)由于有強(qiáng)大的核力作用,必須釋放一定能量,所以原子核質(zhì)量要小一些.規(guī)律:原子核核子的平均結(jié)合能隨原子質(zhì)量數(shù)而變.質(zhì)量數(shù)較小的輕核(如氫)及質(zhì)量數(shù)較大重核(如鈾)其核子平均結(jié)合能均較小..質(zhì)量數(shù)中等的核子平均結(jié)合能大,即結(jié)合成較中等質(zhì)量數(shù)的原子核時(shí)放出較大能量.裂變---將重核裂變?yōu)橘|(zhì)量數(shù)中等的原子核.聚變---將輕核聚變成質(zhì)量數(shù)較中等的原子核,都釋放核能.輕核的核子平均結(jié)合能更小些(曲線下降快).∴當(dāng)由輕核聚變成較重原子核時(shí),釋放能量更大./sundae_meng不可控核聚變:氫彈

20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)原子核中蘊(yùn)藏巨大能量.第一代不可控核聚變:氫彈

20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)原子核中蘊(yùn)藏巨大能量.第一代核武器—原子彈(核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng))不可控核聚變:氫彈

20世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)原子核中蘊(yùn)藏巨大能量.第一代核武器—原子彈(核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)) Pu239,U235,在熱中子轟擊 下分裂,并放出中子.氫彈:第二代核武器,核聚變,熱核反應(yīng),數(shù)千萬(wàn)度高溫和超高壓下實(shí)現(xiàn).用小型原子彈引爆.

氘,氚,氘化鋰為核裝藥.單位質(zhì)量釋放的能量一般為裂變反應(yīng)4倍以上.

中子打在鋰上會(huì)產(chǎn)生氚,和氘反應(yīng)產(chǎn)生氚 和中子.

氫彈制成說(shuō)明可以人工產(chǎn)生核聚變.但不 可控.爆炸釋放能量.危害人類,國(guó)際上 現(xiàn)不再做試驗(yàn).為何叫氫彈?原子核愈輕,所帶電荷愈少,產(chǎn)生聚變反應(yīng)所需能量愈低,故采用氫的同位素.普通炸藥引爆,裝藥為兩塊,均小于臨界質(zhì)量.引爆時(shí),被推擠到一起.大于臨界質(zhì)量.產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。百分之幾秒./sundae_meng中子彈:小型氫彈.氘氚混合物.外殼用鈹和鈹合金,高能中子可逸出.大量高能中子輻射.

穿透作用強(qiáng),可穿透坦克,磚墻.

利用核聚變,產(chǎn)生大量高能中子.放射性污染較低,可制成炮彈或?qū)楊^.凡是核武器都有核輻射,沖擊波,光輻射,放射性污染和電磁脈沖等殺傷力.各自比例不同:

原子彈 :沖擊波+光輻射85% 1945年8月5號(hào),美國(guó)投到日本兩個(gè)小城市廣島,長(zhǎng)崎的原子彈,

當(dāng)量很小,～2—3萬(wàn)噸黃色炸藥.在上空500米的高度爆炸.閃 光照亮整個(gè)日本島.原子彈的蘑菇云幾萬(wàn)英尺高.

氫彈:沖擊波+光輻射65% 1957年第一顆氫彈(美),1961年10月世界上最大一次核爆炸 (蘇聯(lián)).核污染范圍達(dá)4000公里,蘇軍整個(gè)通訊失去聯(lián)系一個(gè)多 小時(shí).產(chǎn)生的電磁擾動(dòng)3次傳遍全球.不再進(jìn)行核爆炸試驗(yàn).∵

氫彈的使用帶來(lái)的將是世界末日.

中子彈:核輻射+電磁脈沖70% 1千噸梯恩梯當(dāng)量的中子彈,在距地面90米的低空爆炸,其沖 擊波,光輻射和放射性污染在周圍180米以內(nèi).而快中子流及 中子流貫穿輻射,與周圍介質(zhì)的原子作用產(chǎn)生的電磁脈沖的殺 傷半徑達(dá)800米./sundae_meng核反應(yīng)堆作為能源的必要性:核能的和平利用

1kg煤=>3千瓦小時(shí)電.

油=>4千瓦小時(shí)

1kg鈾=>7乘10^6千瓦小時(shí).無(wú)燃燒,故無(wú)大氣污染及大氣溫室效應(yīng).是人類持續(xù)發(fā)展的必要.

裂變堆:種類繁多.目前進(jìn)展---重水堆,快中子堆.

重水堆；可使用普通鈾,用重水作為慢化劑,減慢中子速度,不吸收中子.鈾238可轉(zhuǎn)化成钚239.重水：D2O.氘化水。

核燃料利用率高。目前,90%能源來(lái)自石化燃料,導(dǎo)致嚴(yán)重污染.如溫室效應(yīng);劇烈天氣變化,酸雨;水污染;臭氧層空洞;…且消耗寶貴,十分有限資源./sundae_meng核聚變反應(yīng)放出能量遠(yuǎn)非這些石化燃料能比擬,高100萬(wàn)倍以上.核裂變反應(yīng)堆: 中國(guó)已建(例)；秦山核電站三期與加拿大合作,重水堆.已并網(wǎng)發(fā)電;江蘇連云港田灣,雙層殼,已商業(yè)運(yùn)行;深圳大亞灣,引進(jìn)外資,壓力堆,94年商業(yè)運(yùn)行,70%供給香港.1971年我國(guó)第一艘核潛艇建成下水.

中法合資臺(tái)山核電站壓水堆.2007年簽約.到2002年底,全世界有441臺(tái)核電機(jī)組在運(yùn)行,生產(chǎn)電力占世界總發(fā)電量17%./sundae_meng裂變堆:(非等離子體)1.原料.

自然界中能直接用于核燃料的只有U235,鈾礦中

0.7%

釷232有放射性,在地殼中含量約6%,印度較多,易提煉，在受到中子沖擊后=>U233,可作為核燃料。開(kāi)發(fā)階段.

2.裂變條件.中子轟擊.裂變時(shí)放出中子=>鏈?zhǔn)椒磻?yīng).

3.可控方法:中子減速.慢化劑.調(diào)節(jié)中子速度,數(shù)量.

4.問(wèn)題:輻射污染,原料有限.一般的反應(yīng)堆,99%燃料剩下.(鈾238為主).

/sundae_meng快中子增殖反應(yīng)堆:

鈾235+慢中子=>裂變+快中子鈾238+快中子=>钚239

钚239+快中子=>裂變 在開(kāi)發(fā)試驗(yàn)中.最早美國(guó).

可幾乎100%利用鈾資源.總效率可達(dá)60-70%中國(guó)與俄羅斯合作.計(jì)劃2010年并網(wǎng)發(fā)電.2010年5月,日本重啟14年前因核泄漏事故停運(yùn)行的快中子增殖反應(yīng)堆.并宣布將與法國(guó),美國(guó)合作開(kāi)發(fā)快中子增殖反應(yīng)堆./sundae_meng核聚變核聚變堆:(等離子體)---氘氚聚變反應(yīng)能量巨大,來(lái)源豐富;干凈無(wú)污染;

安全可靠;廉價(jià)經(jīng)濟(jì).遠(yuǎn)期計(jì)劃.進(jìn)展:歐洲環(huán)形核聚變實(shí)驗(yàn),磁控反應(yīng)堆.持續(xù)時(shí)間2分鐘,核心溫度3億度,比太陽(yáng)內(nèi)部溫度高20倍.2009年激光輸出功率已達(dá)到足以點(diǎn)燃核聚變

(慣性約束聚變)1991年11月歐洲1.8秒鐘核反應(yīng),激光功率達(dá)100萬(wàn)億瓦./sundae_meng核聚變反應(yīng)堆:

原料:氘在海水中藏量豐富,>40萬(wàn)億噸.氚靠中子同鋰作用產(chǎn)生.鋰藏量豐富(陸地海水).安全:一旦某環(huán)節(jié)出問(wèn)題,溫度下降,自動(dòng)中止.產(chǎn)物:氦,無(wú)害.不產(chǎn)生裂變電站長(zhǎng)壽命高放射性廢物.聚變反應(yīng)產(chǎn)生的高能中子有 廣泛用途,產(chǎn)生氚及裂變用燃料;處理長(zhǎng)壽命高放廢物.聚變?cè)?第一步:使燃料處于等離子體狀態(tài),充分電離,溫度足夠高,電子逸出,原子核才可能克服斥力聚合在一起.如果同時(shí)有足夠密度,及足夠長(zhǎng)的熱能約束時(shí)間,聚變反應(yīng)就可穩(wěn)定,持續(xù)運(yùn)行.目前兩種研究方案:磁約束;慣性約束.

1.磁約束:利用強(qiáng)磁場(chǎng)可以約束帶電粒子的特性.

2.慣性約束:依靠物質(zhì)的慣性將等離子體約束住,使核心處溫度,壓力驟升 產(chǎn)生聚變.在不穩(wěn)定的等離子體中實(shí)現(xiàn)核聚變.

氫彈也屬于慣性約束聚變.但不可控.用原子彈所產(chǎn)生的高溫高壓 使氫彈中的聚變?nèi)剂蠑D壓在一起,在飛散之前產(chǎn)生大量聚變./sundae_meng同位素:指質(zhì)子數(shù),電子數(shù)均相同,但中子數(shù)不同的同一類原子.氘—無(wú)放射性,氫的同位素.其原子核:1個(gè)質(zhì)子+1個(gè)中子氚---有放射性(半衰期~10年).但自然界無(wú).用中子轟擊鋰產(chǎn)生.1個(gè)質(zhì)子+2個(gè)中子氘原子+氚原子=﹥氦4原子(2個(gè)質(zhì)子+2個(gè)中子)+1個(gè)中子(高能).D+T4He+n為何用氘+氚,不是兩個(gè)氘原子聚合?回答:

因?yàn)殡c氚的聚合反應(yīng)最容易實(shí)現(xiàn).實(shí)現(xiàn)核聚變條件:高溫:要使所有電子都從原子中跑出.完全等離子體態(tài).上億度.高壓:將原子擠在一起,原子之間距離在10￣1?米內(nèi).反應(yīng)速率是溫度函數(shù),在溫度達(dá)數(shù)億度時(shí)有最大值./sundae_meng勞森判據(jù):自行維持反應(yīng)系統(tǒng)的條件.所供能量使燃料達(dá)到點(diǎn)火溫度,且具有實(shí)用性,必須使熱核反應(yīng)放出的能量至少要和加熱燃料的能量相當(dāng).為達(dá)到這一目的,須保證核燃料有足夠的密度,同時(shí),由于等離子體不易穩(wěn)定,須設(shè)法延長(zhǎng)等離子體存在時(shí)間.也就是說(shuō),密度n增加,碰撞機(jī)會(huì)多,反應(yīng)更充分,而穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng),反應(yīng)才可能充分.∴n(離子數(shù)密度)

×?(穩(wěn)定時(shí)間)

≧常數(shù).?溫度≈１０↑8°K,上億度

?稱為勞森判據(jù).對(duì)氘-氘反應(yīng),如用n表示每立方厘米的離子密度，時(shí)間?以秒為單位，此常數(shù)為5×101?.

對(duì)氘-氚反應(yīng)而言,此常數(shù)為2×10↑１４.即:如果n為１０↑１４,則穩(wěn)定時(shí)間至少需要２秒鐘./sundae_meng磁約束核聚變堆原理圖:磁場(chǎng)對(duì)等離子體作用:一些基本概念

1.帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng) 勻穩(wěn)磁場(chǎng);

非均勻磁場(chǎng);

2.帶電粒子流所產(chǎn)生磁場(chǎng)

3.等離子體的不穩(wěn)定性環(huán)形托卡馬克聚變堆進(jìn)展;

歐,美磁約束核聚變裝置使用氘氚混合燃料獲得過(guò)上億度的等離子體且獲得上萬(wàn)千瓦輸出.

我國(guó)目前擁有兩臺(tái)實(shí)驗(yàn)裝置;合肥,

全超導(dǎo)非圓截面托卡馬克,已兩次成功放電.成都,中國(guó)環(huán)流器2號(hào),2006年獲得等離子體電子溫度

5500萬(wàn)度./sundae_meng均勻磁場(chǎng)中:帶電粒子繞磁力線作螺旋運(yùn)動(dòng).沿B方向V不變,dV平行/dt=0.(或等于常數(shù)）。洛侖茲力與V垂直垂直,不做功.回旋半徑–圓周半徑.運(yùn)動(dòng)方程：mV⊥2/r=qV⊥Bo沿垂直方向粒子動(dòng)能=?mv2=常數(shù)

r=mv⊥/qBo半徑隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變小。非均勻磁場(chǎng):

磁場(chǎng)強(qiáng)處回旋半徑小,弱處回旋 半徑大=>有回折的震蕩曲線.每 一次粒子在弱磁場(chǎng)經(jīng)歷的時(shí)間,路程 長(zhǎng).=>被推向磁場(chǎng)較弱處.另外產(chǎn)生 橫向漂移從而影響等離子體穩(wěn)定性./sundae_meng帶電粒子流產(chǎn)生的磁場(chǎng):

帶電粒子運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng).見(jiàn)圖: q為一帶正電粒子沿Z向運(yùn)動(dòng),產(chǎn) 生的磁場(chǎng)沿圓柱坐標(biāo)切向.如果 另一同號(hào)電荷粒子也沿Z向運(yùn)動(dòng).

它將受到指向Z軸的洛侖茲力,而 原粒子也將受到此粒子的磁場(chǎng)作 用力.兩個(gè)帶電粒子的磁相互作 用使它們一起被壓縮.等離子體中有電流流過(guò)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng):

圖中一個(gè)通有縱向電流的等離子 體圓柱,內(nèi)外均有磁場(chǎng).圓柱體內(nèi) 運(yùn)動(dòng)的正負(fù)電荷粒子與磁場(chǎng)作用 使粒子都向中心靠,起了磁壓縮的 作用.如果此壓縮力足以克服等離 子體熱運(yùn)動(dòng)的壓力,柱將變細(xì).稱為 等離子體自磁壓縮.(pinch)

/sundae_meng磁約束:磁鏡效應(yīng)：

首先，看一個(gè)帶電粒子以任意角度進(jìn)入磁場(chǎng)：a)磁場(chǎng)中粒子的軌道b)磁鏡場(chǎng)中粒子的漂移

?角為粒子入射角.

在兩端放置兩個(gè)環(huán)形線圈可形成這樣的磁場(chǎng):中間磁場(chǎng)弱,兩端強(qiáng).我們分析帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng).觀察三點(diǎn)位置:P⒈P⒉P⒊下帶電粒子所受到的力。(洛倫茲力)/sundae_meng假設(shè)一帶正電的粒子以垂直于紙面向里的速度v進(jìn)入，在P1點(diǎn)處，由于B的軸向分量，使帶電粒子作圓周運(yùn)動(dòng)。此處的磁場(chǎng)B還有一個(gè)不大的徑向分量，它使帶電粒子受到一指向右邊的力，從而使帶電粒子邊回旋邊向右面移動(dòng)，進(jìn)入較弱磁場(chǎng)區(qū)。P2點(diǎn)位置，由于這里磁場(chǎng)較弱，回旋半徑增大，磁場(chǎng)B沒(méi)有徑向分量，粒子不再獲得向右加速，但由于粒子具有向右的速度，它能繼續(xù)向右運(yùn)動(dòng)，從而進(jìn)入右邊較強(qiáng)的磁場(chǎng)區(qū)。在右端磁場(chǎng)區(qū)，帶電粒子受到軸向和徑向磁場(chǎng)作用，但徑向分量與前相反，所以粒子受到的軸向磁場(chǎng)力方向向左。所以，粒子總是受到指向磁場(chǎng) 減弱方向的軸向力，稱為

磁鏡效應(yīng)。使帶電粒子在磁 鏡之間來(lái)回震蕩。/sundae_meng磁鏡約束:例：地球磁場(chǎng)是一個(gè)天然的磁約束捕獲器，它使來(lái)的宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)中的帶電粒子在南北極之間震蕩。形成范阿侖輻射帶。兩端磁力線強(qiáng),中間弱，形成磁瓶，約束粒子。為防粒子從一定角度逃逸，磁約束聚變堆設(shè)計(jì)成環(huán)形。/sundae_meng不穩(wěn)定性:等離子體受到自身電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)作用下引起收縮,稱箍縮效應(yīng).箍縮效應(yīng)產(chǎn)生壓強(qiáng)與粒子熱運(yùn)動(dòng)平衡.不穩(wěn)定因素如: a)扭曲不穩(wěn)定:

小小彎曲=>凹側(cè)磁場(chǎng)>凸側(cè)磁場(chǎng)=>更彎

b)臘腸不穩(wěn)定:

粗細(xì)略有不均勻=>進(jìn)一步變細(xì).由于這些不穩(wěn)定因素,人造等離子體常在極短時(shí)間內(nèi)就分崩離析./sundae_mengToroidalFieldCoilPoloidalFieldCoil磁約束是利用強(qiáng)磁場(chǎng)約束帶電粒子.變壓器原邊合上開(kāi)關(guān)后,通過(guò)電磁感應(yīng),副邊產(chǎn)生高壓,擊穿而電離從而產(chǎn)生等離子體.本身電流加熱,且能約束等離子體.除了本身電流加熱外,還有各種輔助加熱手段.磁場(chǎng)愈強(qiáng),帶電粒子回旋半徑愈小,所以,強(qiáng)磁場(chǎng)能約束帶電粒子的運(yùn)動(dòng).極向場(chǎng)線圈環(huán)形線圈垂直方向磁場(chǎng)水平方向磁場(chǎng)結(jié)合成螺旋方向的總磁場(chǎng)此圖來(lái)源:PrincetonPlasmaPhysicsLab/sundae_meng環(huán)形線圈---環(huán)狀磁瓶

希望帶電粒子無(wú)休止地繞磁力線運(yùn)動(dòng),但達(dá)到穩(wěn)定的約束很難.因?yàn)?磁力線在內(nèi)側(cè)強(qiáng),外側(cè)弱.會(huì)把粒子推向外側(cè)壁從而失去約束.環(huán)形箍縮裝置 原理:電流通過(guò)等離子體時(shí),產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)等離子體有箍縮效應(yīng). +變壓器原理 見(jiàn)圖.原線圈通過(guò)一開(kāi)關(guān)與一組高壓電容器相連.環(huán)形反應(yīng)室作為變壓器的副線圈.

反應(yīng)室里充入等離子體核燃料.合上開(kāi)關(guān),充了電的電容向原線圈放電,產(chǎn)生強(qiáng)脈沖 電流,同時(shí)反應(yīng)室內(nèi)的等離子體中感應(yīng)出更強(qiáng)大的電流.這個(gè)電流將對(duì)等離子體自身 產(chǎn)生箍縮壓力,從而使等離子體被約束在一個(gè)環(huán)內(nèi).

同時(shí),由于強(qiáng)大的電流通過(guò)等離子體起了加熱的作用,使溫度上升.

等離子體受箍縮變細(xì),但不穩(wěn)定,磁場(chǎng)分布也不均勻.兩者結(jié)合,即在環(huán)形箍縮裝置中的環(huán)形反應(yīng)器外面繞上線圈,并通以電流.

它產(chǎn)生軸向磁場(chǎng)B1.等離子體中的感應(yīng)電流則產(chǎn)生圈向的磁場(chǎng)B2.見(jiàn)圖.

疊加后形成總磁場(chǎng)B.

理論和實(shí)驗(yàn)均證明約束效果好。帶電粒子幾乎可以無(wú)休止地在反應(yīng)室內(nèi)繞磁力線 旋進(jìn)，由于磁力線呈螺旋形，在繞環(huán)形管一周后并不自相閉合，∴粒子一會(huì)到 環(huán)管內(nèi)側(cè)，一會(huì)到外側(cè)，不會(huì)由于磁場(chǎng)不均勻而電荷分離。 這種磁約束結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單，較易制造。

/sundae_meng︱B1B2原邊變壓器副邊/sundae_meng/sundae_meng圖：ITER核融合實(shí)驗(yàn)裝置的示意圖，以一個(gè)二米的人形來(lái)顯示其大小。(此圖是由PrincetonPlasmaPhysicsLaboratory提供。)主要組件：真空室環(huán)形,外面套環(huán)形磁場(chǎng)線圈.等離子體腔室.

磁場(chǎng)線圈.變壓器為磁場(chǎng)線圈供電.超導(dǎo)磁體.

冷卻設(shè)備—冷卻磁體.

包層模塊,鋰,吸收熱能和高能中子.

收集器收集氦產(chǎn)品.

水冷回路,將熱量經(jīng)熱交換器形成蒸汽,蒸汽驅(qū)動(dòng)電渦輪發(fā)電,

形成的水進(jìn)入熱交換器./sundae_meng慣性約束聚變---依靠物質(zhì)的慣性約束等離子體.依靠粒子束(激光束,或電子束,離子束)加熱氘氚靶丸(約1mm左右)由于粒子的慣性,在尚未嚴(yán)重飛散之前,完成適度的核聚變.現(xiàn)代激光技術(shù)能產(chǎn)生聚焦良好的,能量巨大的脈沖光束,多路高強(qiáng)脈沖激光束對(duì)稱地集射到靶上,靶表面消融為高溫等離子體,高速向外噴射.其反沖力擠壓靶心靶心溫度,密度急劇升高,而產(chǎn)生聚變.

在十億分之幾秒時(shí)間里,激光被靶丸吸收,周圍形成幾千萬(wàn)°C度的高溫等離子體,大部分外層向外噴射,其反沖力形成聚心沖擊波,使靶心千百倍壓縮并產(chǎn)生上億度高溫,依靠聚心壓縮的慣性,靶心在尚未分散前發(fā)生聚變.

類似于氫彈引爆,用原子彈所產(chǎn)生的高溫,高壓使氫彈中的聚變?nèi)剂蠑D壓在一起在飛散之前發(fā)生聚變.但是要求有節(jié)奏地引爆一個(gè)個(gè)微型”氫彈”,從而得到連續(xù)的能量供應(yīng)./sundae_meng原理圖:慣性約束聚變四個(gè)階段激光輻照,

形成一個(gè)等離子體燒蝕層內(nèi)爆壓縮

靶丸表面熱物質(zhì)噴發(fā),反向壓縮.聚變點(diǎn)火

通過(guò)向心聚爆過(guò)程,達(dá)到高溫,高密度狀態(tài).聚變?nèi)紵?/p>

熱核燃燒在被壓縮燃料內(nèi)部蔓延

******左圖:柱形黑腔間接驅(qū)動(dòng)靶示意圖間接驅(qū)動(dòng):高功率激光束(或離子束)穿過(guò)小孔入靶室內(nèi)壁吸收后放出X射線，并迅速充滿腔室形成強(qiáng)光壓，壓縮靶中心的小球。照射均勻性要求較低，但需更強(qiáng)激光。/sundae_meng1974年美國(guó)的KMS公司首先使用激光驅(qū)動(dòng)向心聚爆方法,測(cè)到聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子.2010年初，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室使用192束激光完成首次可控核聚變實(shí)驗(yàn)。研究人員表示，他們能為實(shí)現(xiàn)自持核聚變反應(yīng)提供點(diǎn)火所需條件。2010年10月進(jìn)行了亞臨界核爆試驗(yàn)，192束激光，1MJ此裝置可用于１.模擬核爆炸，研究核武器性能２.模擬超新星，黑洞邊界，恒星內(nèi)核環(huán)境。３.借助它來(lái)制造類似太陽(yáng)內(nèi)部的聚變反應(yīng)。激光能量在黑體輻射腔內(nèi)轉(zhuǎn)換成X射線轟擊靶件。在激光束進(jìn)入黑體輻射腔的地方增加高溫低密度等離子體，是出現(xiàn)等離子體光柵的關(guān)鍵，利用激光與等離子體的相互作用調(diào)節(jié)激光束的能量分布。等離子體光柵如同小型棱鏡，改變了部分激光能量的方向。兩種聚變共同點(diǎn)：都要求高達(dá)一億度的反應(yīng)溫度。不同：慣性核聚變等離子體密度極高10↑26/cm3,約束時(shí)間納秒級(jí)，10↑(-9)S

與氫彈熱核反應(yīng)條件相似。 磁約束：密度n低得多，101?/cm3,約束時(shí)間須長(zhǎng)達(dá)秒的量級(jí)。未來(lái)可能的驅(qū)動(dòng)源：KrF激光，離子束，（特別是能從電子束二極管稍加改變 可獲得輕離子束）。/sundae_meng/sundae_meng原理:在適當(dāng)條件下,利用電子碰撞激發(fā)和能量轉(zhuǎn)移激發(fā)等,氣體分子有選擇地被激發(fā)到某高能