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聚变研究之不忘初心 博客记事 2019年7月29日 精选

已有 2879 次阅读 2019-7-30 17:38 |个人分类:学海无涯|系统分类:科研笔记| 磁约束, 核聚变, 环流器

聚变研究之不忘初心  博客记事 2019年7月29日 


昨在乐山做讲座,说的聚变研究之不忘初心。大概有这么几条:


1. 聚变燃料

说到燃料,氘是首选。所谓“海水里有得是”、“取之不尽、用之不竭”,说的就是氘;还有就是氦3 —— 嫦娥计划,氦3这种战略资源是一个要点;当然硼在聚变方面也占重要一席:Tri Alpha这个公司,就是用硼燃料聚变产生三个alpha粒子这一事实来命名的。但无论是氘,还是氦3,或者是硼,其聚变能的获取都有一个巨大的挑战:门槛太高!笔者前面有提到(聚变之路谁先行(4)DT聚变的截面在目前有希望达到的温度下,比其它燃料要高差不多两个数量级。


2. 热核聚变,还是加速器聚变?

为什么核反应粒子能量都是用“温度”来标示,也就是说都是“热核反应”?

最早的聚变反应确实是用加速器实现的,但反应截面太小,用于加速的能量远远大于核反应产生的能量。那么被加速粒子是否可以重复利用?比如环形对撞?

答案是:否!因为库仑截面(10^-11)>> 核反应截面(10^-16),还没等循环使用,一次对撞就“热化”了,所以只能是“热核聚变”。


这两点在早期聚变研究就清楚了,但是不断有人提出“先进燃料”、以及各种基于对撞的“新概念”,就是因为忘记了“初心”。所以需要不断强调。


还有一点就是位形问题。


简单说就是:从二维位形分析我们知道θ-pinch(相当于电磁学里的无限长螺线管)是绝对稳定的。但是三维空间里,不可能做一个无限长的,只能想办法解决端效应。


一个是“两头堵”,把电流线圈向两端移动,加强两端磁场——得到磁镜位形。


一个是“两头接”,对成一个环形。


磁镜有损失锥。所以环形更好。而且越接近θ-pinch越好:就是极向场越小、环向场越强越好。这就是托卡马克。


环形磁场位形还有一个优点:拓扑稳定。一条磁力线可以铺满整个环面。(单连通封闭面的不行,有两个奇点。所以大家放弃了“球马克”,只剩“球形托卡马克”。)


物理稳定性+拓扑稳定性,这就是托卡马克。其它“先进位形”,都不具备上述优点。


仿星器的事情另外说。




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