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我们都知道可控核聚变很重要,如果能迈过这个坎就是人类文明进步的一大步。同时大家也都明白,可控核聚变实现起来很难。就好像谭咏麟永远25岁一样,关于可控核聚变有个永远50年的梗--不管到了什么时候,你都可以说,可控核聚变还有50年就能实现了。核聚变发电原理图不过最近,2020年9月29日,美国麻省理工学院MIT冒出来一个消息,MIT将和一个叫做Commonwealth Fusion System的私人机构,从2021年开始建设一个核聚变反应堆,预计到2025年建成,用于验证技术,最终在2035年左右实现商业性可控核聚变发电。MIT校园不是说好五十年之后吗?怎么突然变成15年了?幸福来得太突然,让大家有些措手不及。兴奋之余,MIT到底靠不靠谱啊?先讲讲可控核聚变的基础知识,再看看MIT的说法是不是靠谱。1、 可控核聚变核聚变大家都了解是怎么回事,比如太阳上就发生着核聚变,氢弹爆炸也属于核聚变。核聚变简单来说就是原子核融合的时候,比如氢原子融合成氦原子,会释放出能量。而我们所说的可控核聚变,是希望核聚变在人类的控制下按照期望的速度发生,从而将释放出的能量为人类所利用,比如用来发电。人类1952年爆炸第一枚氢弹实现核聚变从原理上来说不难,只要把原子核凑在一起,有足够的温度和密度,聚变就会发生。1957年,英国科学家John D Lawson提出了著名的劳森判据,作为核聚变能否发生的条件,后来人们把劳森判据表达成三重积的形式:简单来说,温度、密度和约束时间三者的乘积大于一个阈值的时候,就达到了核聚变的条件。氘氚聚变是最容易实现的核聚变,因为它的阈值最低,为3x1021 keV s/m3。氘氚聚变是最容易实现的核聚变氘和氚都是氢的同位素,氘由一个质子和一个中子组成,原子量为2,写成2H;氚比氘多一个中子,原子量为3,写成3H。氘和氚融合的时候,会形成一个氦原子4He并释放出一个中子和能量。从工程的角度来说,需要大约1亿度的温度,和每立方米2~3x1020以上的等离子密度,再把这些等离子长时间约束在一个空间内,慢慢进行核聚变。因此可控核聚变的核心问题就是:如何把这么高温度的离子高密度且长时间地聚集在一起。通常有两个办法,一种叫惯性约束,使用激光轰击微型小球,压缩里面的氘氚1:1混合等离子体,就是所谓的激光点火。这种方法从发电角度来看,以当前技术水平不太实用,不细说了。对发电来说比较有希望的方法叫磁约束,就是通过磁场把带电的离子束缚在一个空间区域内,不与外界直接接触,这样反应堆容器外壁的温度也就是1000度的样子,在人类材料所能承受的范围内。线圈只要学过中学物理就知道,给线圈通上电流,线圈就会产生磁场,这样的磁场就可以用来约束离子体。这就是磁约束的基本原理,人们把这样的核聚变装置叫托卡马克。通电线圈中的磁场因此,托克马克本质上来说就是一个常做成环形的大线圈,里面约束着高温、高密度的等离子体。
核聚变与等离子体物理 (核心类的)Annual Report for China Institute of Atomic Energy核标准计量与质量核动力工
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