磁约束核聚变的基本原理

可?乐糖 2024-05-20 11:03:46
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磁约束(magnetic confinement),用磁场来约束等离子体中带电粒子的运动。主要为可控核聚变提供理论与技术支持,其主要形式为托卡马克装置与仿星器装置。基本原理磁约束的基本原理是带电粒子在磁场中受的洛伦兹力。物理原理氘、氚等较轻的原子核聚合成较重的原子核时,会释放大量核能,但这种聚变反应只能在极高温下进行,任何固体材料都将熔毁。因此,需要用特殊形态的磁场把由氘、氚等原子核及自由电子组成的一定密度的高温等离子体约束在有限体积内,使之脱离器壁并限制其热导,这是实现受控热核聚变的重要条件。工作原理两端呈瓶颈状的磁力线,因瓶颈处磁场较强(也称作磁镜)能将带电粒子反射回来 ,从而限制粒子的纵向(沿磁力线方向)移动,使粒子在作回旋运动的同时,不断地来回穿梭,被约束在两端的磁镜之间,但是仍有一部分其轨道与磁力线的夹角小于某值的带电粒子会逃逸出去。为了避免带电粒子的流失,曾经把磁力线连同等离子体弯曲连接成环形;后来又改进为呈8字形的圆环形磁力线管,称为仿星器;实验上现最有成效的磁约束装置是托卡马克装置,又称环流器,它是环形螺线管,其中的磁力线具有螺旋形状。相关装置托卡马克环流器(即tokamak,音译为托卡马克)。它的名字来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnet)、线圈(kotushka)。是目前性能最好的一种磁约束装置。(下面是环流器的图)环流器仿星器为了避免带电粒子的流失,科学家曾经把磁力线连同等离子体弯曲连接成环形。后来又改进为呈8字形的圆环形磁力线管,称为仿星器。尽管托卡马克被认为是人类未来最具有实用价值的可控核聚变装置,但仿星器也得到了世界不少科学家的研究兴趣。仿星器最早是由 lyman spitzer发明的并且在第二年建成,它在50-60年代曾十分流行。德国科学家认为,仿星器可能是最适合未来核聚变电厂的类型。德国正在建造的世界上最大的仿星器实验室被命名为wendelstein x-7。行业活动2014年9月4-5号,**磁约束核聚变第二次战略研讨会在西安召开。会议形成共识,要加快制定我国磁约束核聚变技术路线图,进一步明确目标,提出具体的解决方案,深入研究支持措施和对策。[1] 2014年3月15-16日,首次磁约束核聚变能发展研究战略研讨会在北京召开。会议分析了磁约束核聚变能研究国际动态、我国磁约束核聚变能专项部署情况、研究基础和进展,从国内两大托卡马克装置能力提升、聚变堆设计研究、等离子体物理理论与实验、聚变材料、安全与防护、高校人才培养的效果评估与模式等方面对我国磁约束核聚变能发展战略进行了研讨。 20210311
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