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用“磁瓶”約束等離子體-個(gè)人劑量報(bào)警儀|個(gè)人劑量?jī)x|中子測(cè)量?jī)x|表面污染儀|輻射報(bào)警儀|輻射檢測(cè)儀-上海仁日輻射防護(hù)設(shè)備有限公司

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行業(yè)新聞

用“磁瓶”約束等離子體

2017/1/16 13:42:59

假想有這樣一個(gè)“瓶子反應(yīng)器”:假定它可以耐一億攝氏度以上的高溫,能承受數(shù)千萬(wàn)個(gè)大氣壓力,并假定有一種加熱用的“火”可使“瓶子反應(yīng)器”從室溫逐步上升到幾千萬(wàn)攝氏度的高溫!捌孔印崩锍淙腚碗盎旌蠚怏w后,用這種“火”慢慢加熱。當(dāng)溫度上升到1000萬(wàn)攝氏度,氘、氚核的平均飛行速度達(dá)到每秒300公里,此時(shí)等離子體的壓力為1000萬(wàn)個(gè)大氣壓以上。在這種條件下,通過(guò)氘和氚核相互碰撞,會(huì)有一部分核發(fā)生聚變反應(yīng)。隨著溫度的繼續(xù)升高,反應(yīng)器內(nèi)的聚變速度也將增加。

當(dāng)“瓶子”的溫度達(dá)到某一個(gè)界限,即釋能的速度超過(guò)輻射能量損失的速度時(shí),我們把加熱“瓶子”用的“火”拿走,核聚變反應(yīng)也能自持下去。這個(gè)溫度界限,就叫“臨界點(diǎn)火溫度”。

在普通人工所能建造的反應(yīng)器規(guī)模下,氘-氚聚變反應(yīng)的臨界點(diǎn)火溫度為數(shù)千萬(wàn)到一億攝氏度;而氘-氘反應(yīng)的臨界點(diǎn)火溫度為一億至數(shù)億攝氏度。

當(dāng)然,不可能有任何實(shí)際的固體容器能做這種“瓶子”,因?yàn)闇囟仍?萬(wàn)攝氏度以上時(shí),現(xiàn)有的任何耐火材料都會(huì)熔化。

為此,科學(xué)家們想出了一種非常奇妙的方法:用磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體,或者說(shuō),把等離子體放在一種特殊的“磁瓶”里。“磁瓶”是一種看不見(jiàn)的用磁場(chǎng)構(gòu)成的“瓶子”,由于磁場(chǎng)不是由分子、原子構(gòu)成的實(shí)體,所以沒(méi)有什么熔化和溫度高低的問(wèn)題。

“托卡馬克”裝置脫穎而出

然而,事情并沒(méi)有這么簡(jiǎn)單:磁場(chǎng)能約束等離子體,而等離子體反過(guò)來(lái)會(huì)削弱磁場(chǎng)。當(dāng)?shù)入x子體的密度增加到一定的程度,外磁場(chǎng)會(huì)被完全抵消。某種強(qiáng)度的磁場(chǎng)只能約束一定密度和一定溫度的等離子體。要想建一個(gè)“磁瓶”,讓核聚變穩(wěn)定在里面發(fā)生,又是談何容易。

科學(xué)家們想出了各種各樣的方案來(lái)建這個(gè)“磁瓶”,而一種叫做托卡馬克的裝置,在這些方案中脫穎而出。

上世紀(jì)50年代初,蘇聯(lián)物理學(xué)家塔姆薩哈羅夫提出,在環(huán)形等離子體中通過(guò)大電流感應(yīng)產(chǎn)生的極向磁場(chǎng)跟很強(qiáng)的環(huán)向磁場(chǎng)結(jié)合起來(lái),便可能實(shí)現(xiàn)等離子體平衡位形。莫斯科的庫(kù)爾恰托夫研究所在阿齊莫維奇領(lǐng)導(dǎo)下開(kāi)展了此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究。他們將這種裝置叫做托卡馬克(Tokamak)。這個(gè)詞是由俄語(yǔ)“環(huán)形、真空室、磁、線圈”的詞頭組成。托卡馬克的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室,外面纏繞著線圈。在通電的時(shí)候,托卡馬克的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng),將其中的等離子體加熱到很高的溫度,以達(dá)到核聚變的目的。

1968年,在蘇聯(lián)諾沃西比爾斯克召開(kāi)的等離子體物理和受控核聚變研究第三屆國(guó)際會(huì)議上,阿齊莫維奇發(fā)表的在托卡馬克裝置上取得的最新實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起了轟動(dòng)。于是,世界范圍內(nèi)便很快掀起了研究托卡馬克的熱潮。

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