飄天文學 > 超級機器人分身 >第三百九十二章 可控核聚變
    可控核聚變反應堆的意義和重要性無需多說。!ybdu!

    在人類可預見的未來,化石能源必將有消耗殆盡的一天,根據地球上當前已探明的化石能源儲量和消費量計算,石油大概還能用四十年,天然氣八十年,煤炭二百年。

    但隨着化石能源逐漸減少,未來這些能源的開採成本只會越來越高,因此,世界各國幾乎都把獲取廉價能源的希望全部寄託在了可控核聚變的身上。

    據測算,每升海水中含有0.03克氘,地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。

    1升海水中所含的氘,經過核聚變可提供相當於300升汽油燃燒後釋放出的能量。

    地球上蘊藏的核聚變能約爲蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍,可以說是取之不竭的能源。

    更重要的是,可控核聚變不會產生污染環境的放射性物質,可在稀薄的氣體中持續地穩定進行,堪稱安全環保能源的典範。

    因此,從某種意義上說,可控核聚變對能源革命的推動力比金屬電池還要大上許多,但出於成本、工藝以及策略考慮,陳新暫時不準備把可控核聚變技術拿出來,除非金屬電池在未來世界各國推廣受到阻礙,他纔會祭出這對堪稱超級大殺器的組合。

    至於現在,他首先要做的就是和鋼鏰好好打造一臺屬於戰忽局的核聚變反應堆。

    核聚變反應堆的原理很簡單,也很好理解。

    第一步。作爲反應體的混合氣必須被加熱到等離子態——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛,原子核能自由運動,這時纔可能使得原子核發生直接接觸,這個時候,需要大約10萬攝氏度的溫度。

    第二步,爲了克服庫侖力,也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力,原子核需要以極快的速度運行,得到這個速度,最簡單的方法就是——繼續加溫。使得布朗運動達到一個瘋狂的水平。要使原子核達到這種運行狀態,需要上億攝氏度的溫度。

    然後就簡單了,氚的原子核和氘的原子核以極大的速度,赤果果地發生碰撞。產生了新的氦核和新的中子。釋放出巨大的能量。經過一段時間。反應體已經不需要外來能源的加熱,核聚變的溫度足夠使得原子核繼續發生聚變。這個過程只要氦原子核和中子被及時排除,新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體。核聚變就能持續下去,產生的能量一小部分留在反應體內,維持鏈式反應,大部分可以輸出,作爲能源來使用。

    看起來很簡單是吧,只有一個問題,你把這個高達上億攝氏度的反應體放在哪裏呢?迄今爲止,人類還沒有造出任何能經受1萬攝氏度的化學結構,更不要說上億攝氏度了。

    這就是爲什麼一槌子買賣的氫彈已經制造了50年後,人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的原因。

    好了,人類是很聰明的,不能用化學結構的方法解決問題,我們就用物理方法的試驗一下。

    早在50年前,兩種約束高溫反應體的理論就產生了。

    一種是慣性約束,把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內,然後從外面均勻射入激光束或粒子束,球面內層因而向內擠壓。球內氣體受到擠壓,壓力升高,溫度也急劇升高,當溫度達到需要的點火溫度時,球內氣體發生爆炸,產生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發生三四次,並持續不斷地進行下去,釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著名科學家王淦昌。

    另一種就是磁力約束,由於原子核是帶正電的,那麼我的磁場只要足夠強大,你就跑不出去,我建立一個環形的磁場,那麼你就只能沿着磁力線的方向,沿着螺旋形運動,跑不出我的範圍,而在環形磁場之外的一點距離,我可以建立一個大型的換熱裝置(此時反應體的能量只能以熱輻射的方式傳到換熱體),然後再使用人類已經很熟悉的方法,把熱能轉換成電能就是了。

    原理上雖然簡單,但是現有的激光束或粒子束所能達到的功率,離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍,加上其他種種技術上的問題,使慣性約束核聚變可望而不可及。

    因此,眼下世界各國在受控核聚變研究上主要集中在磁力約束領域。

    爲了實現磁力約束,需要一個能產生足夠強的環形磁場的裝置,這種裝置就被稱作“托克馬克裝置”——tokamak,也就是俄語中是由“環形”、“真空”、“磁”、“線圈”的字頭組成的縮寫。

    早在1954年,在原蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個託卡馬克裝置。

    進展貌似很順利,其實不然,因爲要想能夠投入實際使用,必須使得輸入裝置的能量遠遠小於輸出的能量纔行,我們稱作能量增益因子——q值。

    當時的託卡馬克裝置是個很不穩定的東西,搞了十幾年,也沒有得到能量輸出,直到1970年,前蘇聯纔在改進了很多次的託卡馬克裝置上第一次獲得了實際的能量輸出,不過要用當時最高級設備才能測出來,q值大約是10億分之一。

    別小看這個十億分之一,這使得全世界看到了希望,於是全世界都在這種激勵下大幹快上,紛紛建設起自己的大型託卡馬克裝置,歐洲建設了聯合環-jet,蘇聯建設了t20(後來縮水成了t15,線圈小了。但是上了超導),日本的jt-60和美國的tftr(託卡馬克聚變實驗反應器的縮寫)。

    這些託卡馬克裝置一次次把能量增益因子(q)值的紀錄刷新。

    1991年歐洲的聯合環實現了核聚變史上第一次氘-氚運行實驗,使用6:1的氘氚混合燃料,受控核聚變反應持續了2秒鐘,獲得了0.17萬千瓦輸出功率,q值達0.12。

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    sp;  1993年,美國在tftr上使用氘、氚1:1的燃料,兩次實驗釋放的聚變能分別爲0.3萬千瓦和0.56萬千瓦,q值達到了0.28。

    1997年9月,聯合歐洲環創1.29萬千瓦的世界紀錄。q值達0.60。持續了2秒。僅過了39天,輸出功率又提高到1.61萬千瓦, q值達到0.65。

    三個月以後,日本的jt-60上成功進行了氘-氘反應實驗。換算到氘-氚反應。q值可以達到1。後來。q值又超過了1.25。這是第一次q值大於1,儘管氘-氘反應是不能實用的,但是託卡馬克理論上可以真正產生能量了。

    在這個大環境下。中國也不例外,在70年代就建設了數個實驗託卡馬克裝置——環流一號(hl-1)和ct-6,後來又建設了ht-6,ht-6b,以及改建了hl1m,新建了環流2號。


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