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聚變能量釋放的因素

  當?shù)入x子體達到一定的溫度,由于原子核運動速度的增加,會使它們在相互碰撞時,克服彼此間的靜電斥力而聚變。很顯然,對于一定的溫度,美國TFTR鳥瞰圖在一定的時間內(nèi),原子核之間互相碰撞的次數(shù),與等離子體中原子核的密度成正比;而在一定密度的情況下,原子核之間互相碰撞的次數(shù),與等離子體中保持這種密度的時間,即約束時間成正比。因此聚變反應中能量的釋放,與等離子體的溫度,以及原子核密度和約束時間的乘積有關。

  20世紀50年代末以來,當科學家們提出磁約束的概念后,由于氫彈的迅速成功及聚變研究的順利進展,使不少國家的核科學家,對受控聚變抱過分樂觀的態(tài)度。對受控聚變及快堆的過分樂觀的估計,曾使英、前蘇聯(lián)、美等國的民用核動力計劃,受到一定影響。使這些國家將未來能源的希望,過早地寄托在科學家的設想上。

  這種過分的樂觀,很快被一種悲觀的情緒所代替。科學家們發(fā)現(xiàn),約束等離子體的磁場,雖然不怕高溫烈火燒,但很不穩(wěn)定。磁場和等離子體之間的邊界會逐漸模糊,等離子體會從磁籠里鉆出去,而且當約束等離子體的磁場一旦出現(xiàn)變形,有一種正反饋作用使這種變形加劇,造成磁籠斷開或等離子體碰到聚變反應室的金屬內(nèi)壁上。另外,等離子體在加熱過程中能量也不斷損失。TFTR部件首先由于粒子間的碰撞,等離子體的粒子會一步一步地橫越磁力線,攜帶能量逃逸;同時,高溫等離子體會輻射出電磁波而損失能量。當?shù)入x子體含有質(zhì)子數(shù)高的雜質(zhì)時,這種輻射損失會急劇增加。根據(jù)不同的輻射機理,輻射損失分別與雜質(zhì)原子核內(nèi)質(zhì)子數(shù)的平方、四次方、六次方成正比。

  經(jīng)過幾十年的努力,人們才正確了解影響磁約束及造成能量損失的各種機理,摸索出克服這種不穩(wěn)定性及能量損失的對策。20世紀60年代末期以來,科學家在克服磁場不穩(wěn)定性及能量損失方面所取得的進展,使人們對受控聚變的信心增強了。

磁約束  勞遜判據(jù)與托卡馬克裝置

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