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实验台核聚变

已有 4506 次阅读 2016-7-24 14:58 |系统分类:观点评述| 核聚变, 实验台

经常听到新闻“某某美国、欧洲十几岁的青少年在家里造出了核聚变装置”,并且配有像模像样的“铁罐子”的实体图,前几天似乎又听说这样的新闻(一对美国双胞胎兄弟在自己的卧室建造了一个惯性静电约束聚变反应堆,http://toutiao.com/a6308942315691983106/,2016-07-19)。

这种探索精神确实是值得钦佩和学习的(私以为国内的小朋友还很少这样折腾,原因有:1. 长辈觉得太危险,禁止;2. 小孩子,没钱,也向长辈那申请不到经费;3. 参考资料不易得。由于中国经济的发展,信息时代的到来,国人越来越开明,这些都已经开始慢慢不成问题。)。但不明真相的群众容易上纲上线,认为科学家,尤其中国的科学家,真是无能,人家小孩都弄出核聚变反应堆了,你们几十年了还是没做出可控核聚变

后文是此前在百度博客中写的一篇文字,百度空间关闭后,就无法访问了。这里重新贴出来,有同行告诉我,此前每当有人拿那类新闻问他时,他就直接把这篇文字甩给对方——懒得解释,你自己去读。我也懒得每次再解释,直接再贴出这篇吧。


xiehuasheng

2016-07-24 14:58


+++++++++++++++++++以下为原始博文++++++++++++++++++++++++


先转载一条最近的新闻:http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/3/289598.shtm

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英国13岁学生成为触发核聚变最年轻的人


英国13岁学生爱德华兹成功创建一个核聚变反应堆


腾讯科学讯(悠悠/编译) 据英国每日邮报报道,目前,英国一位13岁学生成为全球最年轻的“核实验专家”,他在英国兰开夏郡中学实验室创建核聚变反应堆。


所有最好的科学实验都至少具有危险迹象,当13岁的杰米-爱德华兹(Jamie Edwards)告诉校长计划在学校建造一个核反应堆时,校长提出一个疑问:“这项实验是否会引爆学校?”


爱德华兹说:“这是一项成功的实验!我有点不太相信这是真的。”据悉,他痴迷辐射研究已多年,甚至曾用自己的圣诞节零花钱购买了一个盖革计数器(用于测量放射指数)。


他的核聚变反应实验计划受益于14岁美国学生泰勒-威尔逊(Taylor Wilson)的启发,威尔逊此前曾是制造小型核聚变反应的全球最年轻研究者,于2008年美国内华达州完成核聚变实验。


最初爱德华兹试图联系原子能实验室和大学研究机构,并寻求帮助,但是他们对爱德华兹并不重视。最后他选择了自己的学校,并获得了校长吉姆-霍瑞根(Jim Hourigan)的同意和3000英镑的实验经费。


经过数月努力,爱德华兹在14岁生日之前完成了该实验。3月5日,专家小组在教室“辐射控制区域”观察了实验过程,他打开了实验开关,启动小型核聚变反应,最终在盖革计数器上读取到数值变化。


目前,全球各地的科学家开始复制爱德华兹的核聚变实验,但是基于大比例规模,希望使用该方法能够大批量地应用于环保发电站制造廉价燃料。


爱德华兹希望成为一位核工程师,或者从事理论物理学研究,他的下一个目标是建造微型强子对撞机。


█ 事实+

这名学生使用的是什么装置?真的很牛吗?



爱德华兹核聚变反应的步骤图

这名学生使用的这套装置名字叫“Fusor”,最初是由美国发明家于上世纪60年代发明的一种静电场约束型核聚变装置,是原理不同于托卡马克等磁约束。主体是一个内部呈真空状态的大球,四面布置上电极,在里面有一个带高压静电的金属网格组成的小球,将氘离子导入其中,在静电的约束下,离子碰撞,发生聚变反应。

目前这种装置的输出功率远小于输入功率,还不能作为能源,但是可以用作实际的中子源。同时,这种装置早已成为许多核科学爱好者的“大玩具”。

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这条新闻在国内磁约束聚变专业QQ群中也被转载,引起了部分讨论。从专家的角度看,这种“聚变”与我们真正需要的,以终极解决能源问题的,输出能量远大于输入能量的可控聚变装置,完全不在同一量级。这条新闻,有新闻价值,因为实现者的年纪小,但没有实用价值(当然,也不能说是民科)。媒体或者专家乐意支持,也是鼓励一种勇于探索的氛围。

其实,某某高中生、初中生、小学生,实现了核聚变,这种新闻,不时有。在查尔斯·塞费的科普书《瓶中的太阳:核聚变的怪异历史》的附录中,对这种装置究竟是什么东西,值不值得重视,有较好的描述。转载如下。

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对于普通的物质(包括氘、氚),要释放聚变能,一般需要约束到高温或致密,大自然中恒星靠重力约束可满足此条件。由于量子力学的隧穿效应,不到高温致密,聚变也是可以发生的,只是比例极低,比如10的23次方个核子中发生反应不到一个。室温下,比这个还要低得多。


实验台的聚变装置,通常是产出不了多少能量的。不过,有一种方式,在不久的将来可能有希望,这就是利用强激光。激光台面加速器目前是比较热门的领域,可以在实验台的距离上把带电粒子加速到大型加速器(如LHC)那样的能量量级(比如GeV、TeV,即10^9或10^12)。加速器能量量级一般远超过聚变发生所需温度(10keV,约一千万到一亿度,1eV约1万度),因为聚变还只是核子的聚合,而加速器对撞机则是要把核子“粉碎”。


能实现台面加速器,那么就一定能实现台面聚变。那么为什么可控聚变还是实现不了呢?这里主要是加速器对撞的反应截面太低,产生的聚变能太少且不持续。实际中的聚变装置(如,托卡马克,激光点火装置神光III),则最大的问题在不稳定性,目前的(经济)条件还无法很好的约束。为什么说经济条件不允许?确实是经济原因,如果有国家愿意投足够的资金(比如1万亿美元),那么造一个可以产能大于输入能量的装置完全没有问题。1990s在欧洲联合环JET及日本的一个装置,已经基本上验证了磁约束的可行性,实现了输入与输出能量相当。由于经费不够,那么只能退而求其次,所以最近十几年,磁约束已经主要在研究其中的物理,没有让它们发生核反应,掌握其中的物理就能理解它从而控制它,为以后更低成本的实现可控聚变做准备。比如国内合肥科学岛上的EAST(东方超环)或成都的HL-2A(环流2A),称作“人造小太阳”,但目前实际上并未让它们真正去聚变反应。所以,国内这几年关于这两个装置的新闻,可能看起来很好很振奋,但还用不着太开心,离真正的目标还远着。


其他聚变方式,除了氢弹那种炸了就炸了的不可控聚变外,上未实现输出能量大于输入能量。去年美国国家点火装置NIF报道了一些新进展,但实际问题还多多。


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台面聚变暂时没法真正实用的实现,不过台面等离子体装置倒容易的多,日光管(部分电离)之类都可以算。另一个更炫的,几十块钱可以买到的是plasma lamp或globe(等离子灯)。


http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_globe


这个东西,据说又是起源于天才发明家Tesla,不过特斯拉原始的设计方案没有留下来,目前市场上的1970s在MIT的 Bill Parker发明的。


xiehuasheng

2014-03-07 15:31



http://blog.sciencenet.cn/blog-222053-992514.html

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2 姚伯元 ep4h

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