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)-資料下載頁
2025-06-28 10:03本頁面
【正文】 nd C. D. Hendricks, Rev. of Sci. Instr. 39, no 9 (1968)1269 ，作者研究的既不是單個顆粒，也沒有在真空中，目的也不是為了得到高荷質(zhì)比，他們在7微克的氮化鈉顆粒上得到了1104C/kg的荷質(zhì)比，僅相當于1012。一般的塵埃等離子體中，一微米大小塵埃的荷質(zhì)比能達到108左右，但考慮等離子體整體呈電中性，單個顆粒原則上應該能夠達到更高。可以采取一些措施提高顆粒的荷質(zhì)比，比如將材料做成空心球狀，管狀等。子彈可以選擇有利于提高荷質(zhì)比的材料，不需要一定是聚變反應材料，如高強度的碳納米管小球等。根據(jù)前面化學能與靜電能的比較，對于1毫米大小的LiD(T)顆粒，108應該沒有問題。對宇宙塵埃靜電穩(wěn)定性的研究中 E. J. Opik, Irish Astron. J. A84, 1956，給出的上限略大于這個比例。第二個問題：加速器加速離子束時，一個頭疼的問題是離子束的擴散，以及扣除質(zhì)心運動后離子束溫度的升高。這一點在我們的方案中不存在。但是，會不會存在類似的，在加速過程中導致顆粒分解的問題呢？考慮顆粒中的電荷一般會均勻分布，以及一般來說，化學鍵強度要比外部加速電場大好多個量級，這一點應該不是問題。實際上，上世紀90年代初，有一個與我們的方案類似的分子團聚變實驗 R. J. Beuhler, G. Friedlander, and L. Friedman, Phys. Rev. Lett. 63, 1292 (1989)，就是用靜電加速器加速(D2O)n分子團簇，n從25到1300，把它射向TiD靶，他們觀測到了聚變產(chǎn)生的中子。這些分子團簇只帶一個電荷，相當于荷質(zhì)比為1/500到1/2600。第三個問題是加速器的設計問題。由于從來沒有人設計過加速宏觀大小物體的電加速器，也會有不確定性存在。前面我們已經(jīng)說過，微粒的控制問題可以用電場而不是磁場來解決，但還存在別的問題，如被加速的顆粒速度其實非常低，不到光速的1/100。一方面來說，可能是好事情，因為加速時的輻射問題大大減輕，加速效率提高。另一方面，加速電場與顆粒的同步可能成為問題。加速器中的射頻場強在100 MV/m的量級，所以1TeV的加速器需要10 公里長，如果荷質(zhì)比低，就需要更長的加速器，顯然這會帶來工程問題。1毫米大小的顆粒上帶有1微庫侖的電量，雖然荷質(zhì)比僅為108，但從靜電學的角度來看，是很大的一個電量。如何制備是一個問題，制備后的維持和控制也是一個問題。八、總結本文提出了一個用加速器直接加速低荷質(zhì)比、宏觀大小顆粒作為高密度粒子束，進行直接聚變的方案。該方案與別的聚變方案相比，易于控制，一次產(chǎn)出能量高，技術相對簡單，但由于沒有相關研究和實驗，我們只能從已有的文獻和基本理論出發(fā)，分析方案牽涉的各種物理量是不是合理，并討論了方案中可能出現(xiàn)的各種問題?？偟恼f來，目前已有的理論和我們查到的文獻，不能定性地排除這一方案。致謝由于本文作者剛進入聚變領域，對聚變各種方案特別是歷史了解不夠。本方案提出之后，我們沒有足夠的信心。我們要特別感謝陳騮教授的支持與鼓勵，與林志宏，秦洪教授的有益討論，以及Norman Rostock教授在聚變歷史和各種方案方面的指導。本項目受到國家自然科學基金10575004, 10675006資助。參考文獻7 /
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