用加速器加速宏觀輕微帶電微粒獲取聚變能源的可能性-核工業(yè)(編輯修改稿)
2025-07-25 10:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 比核子數(shù)）108為例，用磁場約束和控制這樣一群粒子是不可想象的，但是我們可以只用單個(gè)宏觀顆粒，這樣就可以用電場而不是磁場對(duì)它進(jìn)行控制。由于是宏觀顆粒，容易跟蹤，就容易控制。第二是加速問題。HIF方案中離子束的能量可以達(dá)到每核子數(shù)十MeV，考慮到本方案中離子密度高出HIF規(guī)劃中的點(diǎn)火密度1000倍以上，相應(yīng)地，我們需要的每核子能量要大大降低，具體要多少，取決于顆粒大小，顆粒中的原子種類等?？紤]到聚變反應(yīng)的溫度要求，我們每個(gè)核子的能量在1 ~ 100 keV之間。以10 keV和荷質(zhì)比108為例，要求加速器的加速能力是1TeV，這并不是很難達(dá)到的要求。規(guī)劃中的國際直線對(duì)撞機(jī)（International Linear Collider, ILC）設(shè)計(jì)指標(biāo)就是500GeV到1TeV。一般情況下，加速器內(nèi)射頻電場的強(qiáng)度能達(dá)到100MV/m左右，所以10公里的加速器可以將一個(gè)電荷加速到1TeV。需要說明的是，雖然環(huán)形加速器的能量更高，考慮我們的低荷質(zhì)比，很難用于這里的方案。1 直接聚變方案，用聚變材料制成的子彈加速后射向同樣材料的靶，在很大的反應(yīng)室內(nèi)發(fā)生聚變，聚變能量有室壁吸收，用于發(fā)電。下面再以1毫克的氘氚化鋰（等比例氘氚）撞擊10克同樣材料的聚變反應(yīng)為例，討論這里牽涉到的各種物理量的數(shù)量級(jí)。氚化鋰的數(shù)據(jù)很難查到，氘化鋰的也不全，但我們可以參考?xì)浠嚨奈锢砘瘜W(xué)屬性來外推氘氚化鋰的性質(zhì)。氫化鋰是離子晶體， g/cm3，熔點(diǎn)較高，為689176。C，(mol k)化學(xué)活性很強(qiáng)，有毒?？紤]氘氚為氫的同位素，化學(xué)性質(zhì)相同， g/cm3, 熔點(diǎn)為700176。C左右, 比熱35 J/(mol k)左右。 177。 eV Crawford, F. H. , and Jorgensen, jun., T. , Phys. Rev., 49, 745 (1936).。 mol/cm3 。一毫克鋰化氘氚大約為104mol, 相當(dāng)于6 1019 個(gè)鋰化氘氚分子，共有大約6 1020個(gè)電子。如果我們用激光或者強(qiáng)電場敲掉6 1012個(gè)電子，或者往上面濺射上同樣數(shù)量的電子，這相當(dāng)于106庫侖電量。假定電荷均勻分布，顆粒為球形，總的靜電能大約是5 J。這一顆?？偟幕瘜W(xué)結(jié)合能為50 J左右，比靜電能大十倍，因此它應(yīng)該是靜電穩(wěn)定的?？紤]到電荷一般會(huì)趨向物體表面，靜電能還應(yīng)該降低。這時(shí)顆粒的荷質(zhì)比為108。為了跟其它慣性約束方案比較，我們把該微粒加速到2MJ。這需要一臺(tái)2 TeV的加速器，每個(gè)核子能量有20 keV，相當(dāng)于氘的能量為40 keV，氚60 keV，鋰（主要是鋰7）140 keV，平均每個(gè)原子核帶有90 keV動(dòng)能，總能量為6 1012 2 TeV，即約2 MJ。對(duì)于這一顆粒，這一能量相當(dāng)速度約為2000 km/s，遠(yuǎn)低于光速。這時(shí)對(duì)應(yīng)的加速器束電流為1毫安。這一顆粒的大小為1毫米。我們將它射向一個(gè)10mm 10mm 100mm，同樣材料制成的靶，如圖1所示。過程很復(fù)雜，由于沒有實(shí)驗(yàn)，我們只能猜測這一碰撞過程是怎么發(fā)生的。考慮這里牽涉到的能量范圍內(nèi)，材料的阻止本領(lǐng)(stopping power), 也即高能粒子在材料中 For example, see ICRU Report49, Stopping Powers and Ranges for
環(huán)評(píng)公示相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1