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惯性约束和磁约束

惯性约束和磁约束
磁约束用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动。

主要为可控核聚变提供理论与技术支持,其主要形式为托卡马克装置与仿星器装置。

惯性约束是一种实现核聚变的方法。

惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体,装入直径约几毫米的小球内。

从外面均匀射入激光束或粒子束,球面因吸收能量而向外蒸发,受它的反作用,球面内层向内挤压(反作用力是一种惯性力,靠它使气体约束,所以称为惯性约束),就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机前飞一样,小球内气体受挤压而压力升高,并伴随着温度的急剧升高。

惯性约束和磁约束相比有哪些优点?
每一次激光聚变的时间约十亿分之一秒。

利用激光使氘氚小球聚变,相当于引爆了一个微型氢弹。

一个微型氢弹爆炸后产生的冲力,比一个节日用的大爆竹爆炸产生的冲力大不了多少。

如果1秒种引爆100个外径几毫米的微型氢弹,就可以得到几百万千瓦的电功率。

由于激光聚变是一种微型氢弹,因此一些国家利用激光聚变来研究核武器的辐射效应,验证武器设计的计算机程序。

但是,激光聚变时,为创造聚变条件所需的激光的能量的利用效率,以及由电能转化为激光的能量的利用效率都不高。

根据日本学者的研究,如果采用有外层球壳的小球,让激光通过外壳的孔后在内球和外壳之间来回吸收和反射,就能使内球更好地压缩并达到聚变。

但这种小球是很难制造的。

另外,如采用氟化氪准分子激光器,则电能转化为激光的效率高。

这需要缩小氟化氪激光的脉冲宽度,以便使能量更集中。

惯性约束除了采用激光外,20世纪70年代后还研究用电子束及离子束。

电子束及离子束的优点是,为创造聚变条件而消耗的能量的利用效率高得多。

特别是采用离子束时,由于离子的射程短,离子的能量主要被靶丸表层吸收,因而更容易产生压缩。

因此使用离子束时,由于离子运动速度慢,通过控制加速离子的电压,使先发射的离子速度慢一些,后发射的快一些。

可以使先后发射的离子同时达到靶丸表面,产生所谓聚束作用。

但是电子束及离子束达到的功率还不够高,而且由于带电粒子间的排斥力,使电子束及离子束的聚焦比激光困难些。

因此电子束、离子束聚变,目前还不如激光聚变成熟。

离子束聚变时,目前主要用碳、氧、氮等轻离子。

采用重离子束时,由于成本过高,发展前途不大。

惯性约束和磁约束相比有三个优点:装置的聚变部分的体积小;可以采用液体金属作为聚变反应室的冷却剂,冷却效率高。

当使用液体锂冷却时,还有利于氚的增殖;可以将产生激光束、电子束或离子束的聚变驱动器部分,与聚变反应室分开,有利于检修。

但是惯性约束只能脉冲运行,不能像串级磁镜那样稳态运行。

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