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点火之后的物理:氘氚聚变燃烧 博客记事 7月15日

已有 1132 次阅读 2019-7-17 17:11 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记| 点火, 聚变, 燃烧

点火之后的物理:氘氚聚变燃烧   博客记事 2017年7月15日   北京 云 轻霾


和做惯性约束的同行谈,得知他们已经开始部署“点火(ignition)之后”的物理研究。


“点火”之后,自然就是“燃烧”。国内外磁约束聚变界谈“燃烧等离子体物理”(burning plasma physics)已经有十几年了。但是基本上还是只有“燃烧产物”(alpha粒子),避而不谈“燃料”(氘氚离子)—— 所用模型,背景等离子体仍然是单一种类的离子(一般是质子,即氢离子)和电子组成。目前未来聚变堆的物理和工程设计,也是基于利用这种“无聚变”等离子体模型发展起来的大规模数值模拟code。


这种模型设计出来的托卡马克运行模式,对于燃烧率比较低(~0.3%)的ITER等离子体来说,还是可接受的近似:毕竟运行模式是基于等离子体平衡,而低燃烧率氘氚聚变过程则可以作为扰动来处理。但是对于目标为氚自持的高燃烧率(>3%)等离子体来说,这种近似就太粗糙了。


特别是在聚变燃烧阶段,粒子的轫致辐射、回旋辐射引起的能量损失不可忽略(Lawson判据里用来计算加热功率的依据就是平衡这些辐射损失)。这一效应对能量约束和平衡的稳定性都会产生重要影响,甚至会直接诱发快速发展的磁流体不稳定性。


补充燃料的大规模加料过程,不仅会产生粒子分布剖面的畸变,而且这种大规模向芯部运动的、温度很低的粒子如果在“路上”没有被加热到背景等离子体温度,会直接导致破裂。


这种极其重要的基本问题,在聚变堆设计过程中必须解决。至少也要做到心中有数。


经常听人说聚变的“30年魔咒”、“50年魔咒”,不走,怎么打破?


这一步必须迈出去!




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2 杨正瓴 马红孺

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