无污染聚变,另一种可能的途径?
焦点实验
到目前为止获得的结果,其可靠性不如桑迪亚国家实验室的Z机,但我们认为提及这些实验是有趣的,以展示MHD在提高等离子体密度和温度方面所能提供的广泛范围。在这方面,焦点实验非常独特。仍然需要弄清楚,这种情况下,通过X射线通量测得的高温是否确实代表等离子体的温度,还是阳极上的冲击效应。E. Lerner虽然没有新墨西哥强大实验室的资源,但他确信这表明已经达到了超过十亿度的温度(100 keV)。我们将让他承担这一结论的责任。
工作原理
2006年6月1日
FOCUS是一项自2000年代初以来很多人谈论的实验。您可以在维基百科中找到相关信息,网址为:
http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_focus
对每个人来说,聚变立即让人想到两种独特的途径。
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在托卡马克装置中的聚变,对应昂贵的ITER实验,该实验将在法国普罗旺斯地区艾克斯以北的卡达拉奇实施。
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激光聚变,即另一座“工程师大教堂”——位于波尔多附近的巴尔普的Megajoule项目。
聚变通常指的是氘和氚的聚变,这是在最低温度下发生的聚变。氘是氢的第一个同位素,其原子核由一个质子和一个中子组成。氚的原子核包含一个质子和两个中子。
当温度达到一亿度(以快速方式)时,它们的聚变会产生一个氦核和一个快速中子,其能量为14 MeV(1400万电子伏特)。在太阳核心,"锅炉"的温度仅为1500万至2000万度,聚变过程进行得非常缓慢(否则太阳会爆炸)。
重氢分子与轻氢分子几乎一模一样。它们具有相同的化学性质:
左边是一对D-D分子,右边是一对T-T分子。结合由电子完成,这里用蜜蜂表示。"核子"用小精灵表示。带电的质子为紫色,不带电的中子为红色。
从3000度开始,氢会“完全电离”,电子离开原子核,氢(轻或重)会变成等离子体,即由“电子气体”和带电的原子核组成的混合物。但当温度达到1亿到1.5亿度时,这些原子核开始发生反应:
这是重氢聚变的示意图:
读者可以通过免费下载我的漫画来熟悉这些与核能相关的概念:
请访问以下网址:
http://www.savoir-sans-frontieres.com
地址:
http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm
中子的发射(14 MeV)会造成问题,因为这些粒子会在反应堆的所有结构中引起诱发放射性。这些中子会融入反应堆结构材料中,产生许多不稳定的物质,这些物质会立即变成放射性物质并成为废料。此外,中子流还会损坏反应堆结构,最终可能影响其组件的坚固性,并干扰等离子体约束的线圈的正常运行。
上面的图示描述了氚的再生。实际上,聚变中子不仅会再生氚,还会通过人工放射性效应产生许多放射性同位素(与“天然放射性”相对,天然放射性是由自然界中存在的放射性同位素引起的,这些同位素最初是在超新星爆炸中产生的,然后在地球形成时被纳入地球的质量中)。锂层作为一种“易裂变材料”,被设计用来持续再生氚,而氚本身是放射性的(半衰期:12年),在自然界中并不存在。
一般来说,普通人并不知道聚变就像“核化学”,从一种“聚变混合物”和“反应”开始,产生“反应产物”。氘-氚聚变只是可能的反应之一。但这是在最低温度下发生的反应。
无污染的聚变反应,无放射性和放射性废料!
我们之前在一篇关于Z机的专题文章中提到,2005年,在新墨西哥州的桑迪亚实验室,温度达到了20亿度。顺便提一下,这次实验的目标并不是获得如此高的温度,而是创造一个在数百万度下的简单X射线源。然而,出乎意料的是,这种等离子体压缩器竟然产生了……20亿度的温度,而且结果无可争议。这一结果
局外人
立刻在管理这些耗费巨大资金的项目几十年的团队中引起了不安,这些项目包括:
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激光聚变(在法国:Megajoule)
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托卡马克装置中的聚变(在法国:ITER)
但我们将会看到,这种Z机可能并不是唯一能够产生如此高温等离子体的机器(尽管ITER装置连续运行,无法提高温度)。做一个类比,可以说这种新型高温聚变机器与托卡马克之间的差距,就像内燃机与蒸汽机之间的差距一样。
因此,相比之下,ITER是现代蒸汽机。
为了更好地理解这些类型的机器,有必要熟悉在导体中以及在放电过程中起作用的电磁力。
让我们拿一个“柔软”的线圈,即一个简单的环形导体,我们让电流通过。这个线圈会产生一个磁场,该磁场通过洛伦兹力I×B作用于导体中的电流。
线圈在自身磁场作用下的膨胀
这通常是您在中学或发现宫中看到的实验。
如果电流足够强,这可能导致导体的破裂。在20世纪60年代我的实验室中,我们通过电容器组提供50,000安培的电流,制造出2特斯拉(20,000高斯)的磁场。线圈是铜箔制成的。如果这些线圈没有被牢固地固定(用环氧树脂粘合的玻璃纤维外壳固定),这些线圈会立即爆炸,实验室里到处都是碎片。
现在,让我们考虑一个电弧放电。你们都见过将电弧放电在两根金属棒之间的实验。电弧会“上升”并最终断裂。
我们又看到了之前线圈的示意图,……