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标题:核聚变,一种替代性能源解决方案

politique

致2007年总统竞选候选人团队中的科学家们:为了无放射性和无污染的核能!

2007年12月8日

让-皮埃尔·皮埃特,法国国家科学研究中心前研究员

天体物理学家和物理学家,磁流体动力学(MHD)专家

jppetit1937@yahoo.fr

在国家和全球范围内,能源管理是所有国家政策的重要主题。尼古拉·于洛特作为环保意识运动的先锋,强调了似乎正在显现并加速的气候变化。这种言论立即引发了对能源生产方式的思考。我读过他的著作。不幸的是,除了提倡节约和反对浪费的“能源紧缩”政策外,他在书中关于替代方案的几页内容中,只提到了风能和太阳能这些传统方式。尼古拉·于洛特显然清楚这些替代方案既昂贵又相对效率低下,与石油发电的每千瓦时价格相比,成本相当高。而且这种成本计算没有考虑其带来的影响和清理污染的费用。我认为,我国应设立一个研究所有新型能源生产方式的中心。这类活动应成为研究与技术部的一个部门。从这个角度来看,我希望能向有经验的活动人士介绍无中子或弱中子聚变的可能性。我来解释一下。对每个人来说,聚变仅仅是两种重氢同位素——氘和氚的混合聚变,这种聚变会产生中子,这些中子会“激活周围的结构”。教授吉勒斯·德热恩则强烈质疑在ITER中用于磁化的超导系统是否能经受住无法避免的中子轰击。此外还有等离子体通过从壁面剥离重核而冷却等问题。长期以来人们都知道存在不产生中子的聚变反应,例如锂7与氢1的反应,产生两个氦核,或者硼11与氢1的反应,产生三个氦核。前者的起始温度为5亿摄氏度,后者的起始温度为10亿摄氏度。直到今天,由于需要达到的温度似乎属于科幻范畴,这种途径从未被考虑过。锂氢途径自20世纪50年代以来已被用于氢弹。因此,在热核爆炸的核心温度约为5亿摄氏度。这也是该反应的点火温度,通过聚焦由原子弹产生的X射线流来实现,原子弹起到打火机和引爆器的作用。但这里离工业应用还很远。

氘氚聚变的起始温度为1亿摄氏度。这在英国库勒姆的托卡马克装置中曾短暂实现过,这一结果成为昂贵且存在诸多问题的ITER项目的依据。以这种形式,根本不可能考虑像锅炉那样连续运行,以达到锂氢和硼氢途径所需的温度(分别为5亿和10亿摄氏度)。因此,应选择脉冲式运行。

然而,从连续运行到脉冲运行的转变已经在我们的技术中成功实现,并且效果如此显著,以至于旧的方案立即被放弃。这正是这种技术变革,使人类从蒸汽机时代进入了爆炸发动机时代。

因此,这是技术科学的逻辑。如果我要对ITER项目进行批评,除了它所携带的众多未解决的技术科学问题外,它可以说是“21世纪的蒸汽机”。更划算、更合理的做法是考虑类似“爆炸发动机”的运行方式,其温度波动更大,从而可以选择无污染、几乎无放射性的聚变反应,如上述反应;一种无放射性和无污染的核能!

研究过这个问题的专家们一致认为,最佳反应是硼氢反应。如果这种反应是完全无中子的,那么存在一些相关的副反应,也会产生中子,锂氢反应也是如此。但这种中子的产生量远低于氘氚途径。相比之下,这种中子的产生量微不足道。我们可以称之为“准无中子”。

因此,一种新的形式正在出现:脉冲式聚变发电机。

  1. 压缩硼氢混合物——聚变反应释放能量——产生高温等离子体并膨胀;2. 这种膨胀在高磁雷诺数的磁场中进行(等离子体和磁场高度相关)。“磁场被压缩”;3. 这导致感应电流的产生,并通过一个简单的变压器将能量以“直接MHD转换”的方式提取出来,并通过电网使用。这种系统早在20世纪50年代就由俄罗斯人(安德烈·萨哈罗夫团队)进行了实验。效率很高。4. 需要将部分能量存储在类似“飞轮”(爆炸发动机的飞轮)中,用于压缩下一次聚变燃料。

最接近的类比是“聚变柴油机”。

这就是众所周知的原理图。压缩机是MHD类型的。这意味着我们向一个系统注入非常强的电流,数千万安培,该系统也早已为人所知,称为“套筒”,在洛伦兹力的作用下,它会沿着其轴线坍缩。能否通过这种系统达到10亿摄氏度的温度?2005年,一个美国团队给出了肯定的答案,该成果于2006年2月由剑桥大学卡文迪许等离子体物理实验室主任海恩斯教授发表。这一结果令人意外。

http://www.jp-petit.com/science/Z-machine/papier_Haines/papier_Haines.htm

在新墨西哥州的桑迪亚实验室,杰罗尔德·约纳斯的学生们——这位在20世纪70年代率先研究高脉冲功率的先驱者——建造了所谓的“Z机器”。为什么叫这个名字?因为等离子体是沿着“Z轴”压缩的。这个方案非常简单。数十万安培的电流通过一个圆柱形导体(沿着圆柱的母线)。这种功率需要……