第四章：核聚變高溫等離子體應(yīng)用(參考版)
2024-10-16 04:34本頁面
【正文】 。 試管外部絕緣 ,里面放置鉑陽極和鈀陰極 .兩電極間加 電流 .放出大量熱 ,釋放出的能量為輸入能量 4倍 .同時 , 發(fā)現(xiàn)氚和中子數(shù)量增加 . ****************************************************************** 加速新能源開發(fā)勢在必行 ： 目前，煤炭約占化石燃料的 80%，長距離運輸制約了 經(jīng)濟發(fā)展。 原理 : 在適當條件下 , 利用電子碰撞激發(fā)和能量轉(zhuǎn)移激發(fā)等 ,氣體分子 有選擇地被激發(fā)到某高能級上 , 從而形成與某低能級的粒子數(shù)反轉(zhuǎn) , 產(chǎn)生受激發(fā)射躍遷 . 準分子激光是指受到電子束激發(fā)的惰性氣體與鹵素元素結(jié)合的混合氣 體形成的分子向其基態(tài)躍遷時發(fā)射所產(chǎn)生的激光 . 利用準分子的束搏高能態(tài)和弱束搏的基態(tài)之間受激發(fā)射的激光器 .由于 其基態(tài)壽命極短 ,可實現(xiàn)高效率和高平均功率 . KrF 準分子激光器是準分子激光器一種 . 屬于冷激光 ,無熱效應(yīng) ,方向性強 ,波長純度高 ,輸出功率大的脈沖激光 . 之所以稱為準分子 ,因為它不是穩(wěn)定的分子 . 常用強電子束或快速脈沖放電來實現(xiàn)激勵 ,當受激態(tài)準分子的不穩(wěn)定分子鍵 斷裂而離解成基態(tài)原子時 ,受激態(tài)的能量以激光輻射形式放出 . 商用第一臺準分子激光器 : 1979年德國 . 廣泛應(yīng)用 : 分離同位素 ,醫(yī)學(xué) , 光通訊 ,激光武器 ….. 準分子激光器 ,光子能量波長范圍 157353納米 ,壽命幾十毫微秒 .屬于紫外光 . 具有良好聚焦性能 . 備注 : 鹵族元素如 F,CL,Br(溴 ),碘 i. 都有氧化性。, 約束時間須長達秒的量級。 磁約束： 密度 n 低得多， 10185。 不同： 慣性核聚變等離子體密度極高 10↑26 /cm179。等離子體光柵如同小型棱鏡，改變了部分激光能量 的方向。 激光能量在黑體輻射腔內(nèi)轉(zhuǎn)換成 X 射線轟擊靶件。 2020年 10月進行了亞臨界核爆試驗， 192束激光， 1MJ 此裝置可用于 １ . 模擬核爆炸，研究核武器性能 ２ . 模擬超新星，黑洞邊界，恒星內(nèi)核環(huán)境。 1974年美國的 KMS公司首先使用激光驅(qū)動向心聚爆方法 ,測到 聚變反應(yīng)產(chǎn)生的中子 . 2020年初，美國國家實驗室使用 192 束激光完成首次可控核聚變實驗。 C度的高溫等離子體 , 大部分外層向外噴射 ,其反沖力形成聚心沖擊波 ,使靶心千百倍壓縮并產(chǎn)生上億度 高溫 ,依靠聚心壓縮的慣性 ,靶心在尚未分散前發(fā)生聚變 . 類似于氫彈引爆 , 用原子彈所產(chǎn)生的高溫 ,高壓使氫彈中的聚變?nèi)剂蠑D壓在一起 在飛散之前發(fā)生聚變 .但是要求有節(jié)奏地引爆一個個微型”氫彈” ,從而得到連續(xù)的能量 供應(yīng) . 原理圖 : 慣性約束聚變四個階段 1. 激光輻照 , 形成一個等離子體燒蝕層 2. 內(nèi)爆壓縮 靶丸表面熱物質(zhì)噴發(fā) ,反向壓縮 . 3. 聚變點火 通過向心聚爆過程 ,達到高溫 ,高 密度狀態(tài) . 4. 聚變?nèi)紵? 熱核燃燒在被壓縮燃料內(nèi)部蔓延 *** *** 左圖 : 柱形黑腔間接驅(qū)動靶示意圖 間接驅(qū)動 : 高功率激光束 (或離子束 )穿過小孔入靶室 內(nèi)壁吸收后放出 X 射線，幵迅速充滿腔室 形成強光壓，壓縮靶中心的小球。 (此圖是由Princeton Plasma Physics Laboratory提供。 這種磁約束結(jié)構(gòu)相對較簡單，較易制造。 丌穩(wěn)定性 : 等離子體受到自身電流產(chǎn)生的磁場作用下引起收縮 ,稱箍縮效應(yīng) . 箍縮效應(yīng)產(chǎn)生壓強不粒子熱運動平衡 .丌穩(wěn)定因素如 : a)扭曲丌穩(wěn)定 : 小小彎曲 =凹側(cè)磁場 凸側(cè)磁場 =更彎 b) 臘腸丌穩(wěn)定 : 粗細略有丌均勻 =進一步變細 . 由亍這些丌穩(wěn)定因素 ,人造等離子體常在極短時間內(nèi)就分崩離析 . Toroidal Field Coil Poloidal Field Coil 磁約束是利用強磁場約束帶電粒子 . 變壓器原邊合上開關(guān)后 ,通過電磁感應(yīng) ,副邊 產(chǎn)生高壓 ,擊穿而電離從而產(chǎn)生等離子體 . 本身電流加熱 ,且能約束等離子體 . 除了本身電流加熱外 ,還有各種輔助加熱手段 . 磁場愈強 ,帶電粒子回旋半徑愈小 ,所以 ,強磁場能約束帶電粒子的運動 . 極向場線圈 環(huán)形線圈 垂直方向磁場 水平方向磁場 結(jié)合成螺旋方向的總磁場 此圖來源 :Princeton Plasma Physics Lab 1. 環(huán)形線圈 環(huán)狀磁瓶 希望帶電粒子無休止地繞磁力線運動 ,但達到穩(wěn)定的約束很難 .因為 磁力線在內(nèi)側(cè)強 ,外側(cè)弱 .會把粒子推向外側(cè)壁從而失去約束 . 2. 環(huán)形箍縮裝置 原理 :電流通過等離子體時
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