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实现可控核聚变的建议方案

已有 4810 次阅读 2010-5-14 22:22 |个人分类:物理|系统分类:论文交流

实现可控核聚变的建议方案

1.核聚变的基本原理

核聚变是由质量小的原子,主要是氘或氚,在一定条件下(如超高温和高压),原子核互相聚合,生成新的原子核,并释放巨大的能量的核反应。

每6个氘核聚变共放出43.24MeV能量,相当于每个核子平均放出3.6MeV。它比“中子加铀235”裂变反应中每个核子平均放出200/236=0.85MeV高4倍。单位质量释放的能量比就更为巨大。
这种过程的时间很短,只有几个皮秒(1皮等于1万亿分之一)。如每秒钟发生三四次这样的爆炸并且连续不断地进行下去,所释放出的能量就相当于百万千瓦级的发电站。

产生核聚变必须例如氘或氚这类的原子核,在高温、高压下互相聚合,生成新的原子核,释放能量。因而,就必须造成条件,使带有同性电荷的原子核,以足够速度的动能,越过其间的库伦势垒而直接相撞,才能达到互相聚合,生成新的原子核,并释放巨大的能量。

2.已经知道现实的核聚变

已经知道地球上一切的能量,实际上,都来自于太阳表面氢核的聚变。
太阳表面氢核的聚变之所以能够持续稳定地长时间进行,是因为:有太阳巨大质量的引力的约束,有足够高密度的氢、氘、氚混合气体,在高温、高压下,不断高效释放能量维持高温、高压,而实现的。

目前人类也已经可以实现,如氢弹爆炸的核聚变。
氢弹的核聚变也是在原子弹引爆的能量使氘、氚混合气体或固体轻元素,如Li,的化合物在高温、高压和大质量密度外壳的惯性约束下,能在高温、高压下,使高密度的氢、氘、氚混合气体,充分有效地聚变反应,而进行的。

虽然爆炸式的能量也可有多种用途。
但是,只有实现持续、平稳的能量输出,才可能提供非爆炸式的核聚变能量,给人类有效利用。
这就必须做到合理地控制核聚变的速度和规模。

3.实验可控核聚变的已有方法

目前实现可控核聚变已有不少方法。
关键都是把一定数量的氘、氚混合气体或固体轻元素,如Li,的化合物设法使其能够约束于一定的空间范围内产生高温、高压的有效核聚变条件。例如:

最早的著名方法是所谓"托卡马克"型磁场约束法,即:利用强大电流由强电磁场,使氘、氚混合气体形成高密度等离子体,并把形成等离子体的高密度氘、氚混合气体,约束在很小范围内,使其达到高温,产生核聚变。
此法的优点在于:强电磁场可对氘、氚高密度等离子体形成有效的约束。虽然在实验室条件下已接近于成功,但要达到工业应用还差得远。 

另一种是激光内爆惯性约束法,即:把一定数量的氘、氚混合气体或固体轻元素,如Li,的化合物装入由对相应的激光透明的较大惯性的材料外壳所做成的直径约几毫米的小球内。从外面均匀分布的向心射入多路激光束,使球内的氘、氚混合气体或固体轻元素,如Li,的化合物,因吸收能量而升温、增压,达到核聚变条件,而球壳的惯性力约束,使小球内物质能持续足够的时间发生有效核聚变。
这种方法的优点在于:激光内爆容易造成小球内氘、氚混合气体,达到核聚变足够的高温、高压条件,但是,对氘、氚混合气体的外壳惯性约束,力量有限,而且,氘、氚混合气体不易连续更新。
2008年12月31日报道:美国斥17亿美元建成的这样的“人造太阳”,预计将在明年春季完成。还需要等到那时再看结果如何。

曾有人声称实现了低温核聚变,但始终未能得到证实。

有人做出了所谓“桌上核聚变”,但是,个别的核反应,也并不能形成有用的能量。

也还可能使,例如氘、氚,等核的混合体,直接产生碰撞,相互结合而产生核聚变。
但是,这类核子的对撞,也必须有足够速度的动能克服相应的库伦势垒,
而且必须作用于相应较小的对撞反应截面之内。
而要做到持续足够的时间的对撞核聚变,就会比前述约束于一定的空间范围内的核聚变更为困难。

    关键在于:如何具体造成两束这类核子能够以以足够的持续时间克服相应的库伦势垒的足够速度,并对准于相应的对撞反应截面之内产生对撞。
这种方案应能给出足够的具体数据,说明确有可能实现以上目的。例如:

所用于对撞的核聚变材料,如何形成其核子束?
该核子对撞的反应截面是多大?
如何设计它们彼此对准相撞?
进入反应截面所需克服的库伦势垒是多高?
如何保证能使对撞核子相对运动速度的动能有效地达到超过相应的库伦势垒?
如何保证持续供应满足如上要求的对撞核子,使能核聚变持续足够的时间?
等等

其实,现有的对撞机,还只是质子的对撞。而且,质子束对撞的反应截面已很清楚。质子束的形成、持续供应,以及对质子的直线或廻旋加速的电磁方法也已成熟。但已看出它的复杂性,和需要提供的巨大能量和资金。
显然,研制对于对撞的持续核聚变,并将所释放的能量,适时有效地转化为电能,就必定会更为复杂、耗能、耗资。
因而,必须,事先充分论证清楚。

4.提出一种可能方案的建议

为了有效解决:氘、氚混合气体的连续更新供应,容易造成氘、氚混合气体达到核聚变所需的足够高温、高压条件,并对氘、氚高密度等离子体形成有效的约束,是否可以采用如下方法:

(1) 采用向内控制地喷射氘、氚,至一定的球形中心区域,保证氘、氚混合气体的连续更新供应。并回收反应后的产物。
(2) 采用向内控制地射入多路激光束,造成氘、氚混合气体达到核聚变所需的足够高温、高压条件。
(3) 采用强大电流在该球形中心区域设计形相应的强大电磁场,对氘、氚高密度等离子体形成有效的约束。
(4) 在距中心足够远处的外壳,采用循环吸取所释放的能量,以供发电。并持续降低外壳的温度,而不至被毁坏。

希望能供有关单位参考。



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