核聚变研究的发展历史

当代物理学重要前沿领域之一的受控核聚变研究近年来取得了重要进展.预计今后几年内能够从实验上证明其科学可行性并实现热核点火,这将会在科学史上写下光辉的一页. 早在 1919年,阿斯顿(F.W.Aston)在实验中发现[1]氦-4的质量比组成氦的 4个氢原子的质量之和大约小l%左右.根据爱因斯坦质能关系,其质量差恰好等于四个氢原子核聚合成一个氦-4时释放的能量.卢瑟福也几乎在同一时期证明了足够大能量的轻原子核相互碰撞可以发生核反应.天体物理学家也提出设想:太阳这样的恒星其能量来源于原子核的聚变反应.1920年,英国天体物理学家爱丁顿(Eddi-n…     

等离子体诊断中的Abel逆变换

本文描述了两种最常用的Abel逆变换方法,并用这两种方法对不同类型的分布曲线在计算机上进行了模拟计算;研究了输入数据的随机误差、诊断设备的系统误差以及采样点的数目等对Ab-el逆变换精度的影响,同时对这两种方法进行了比较。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之七)

 高温等离子体中原子的特征谱线密集在真空紫外区.所以掠入式光栅光谱仪成为一种重要的诊断工具,一直到软X射线区才逐渐为晶体光谱仪取代、晶体谱仪实质上就是利用晶体中的原子点阵来代替光栅进行光谱分析.在聚变等离子体中随着电子温度的提高,等离子体的轫致辐射和高电离态杂质的线辐射将有相当大的部分是处在软X射线区.这些X射线辐射引起的能量损失是高温等离子体能量损失的重要组成部分,因此从能量损失的观点来看,对X射线的监测是相当重要的.另一方面,X射线的探测和能谱分析可以用来确定等离子体的某些重要物理参数.例如,通过X射线连续谱的测量,可以测定等离子体电子温度;通过X射线杂质谱线多普勒展宽的测量可以测定等离子体离子温度;X射线测量还可以用来诊断等离子体中的杂质成份并用来研究杂质的空间分布及输运过程.因此,X射线的测量在高温等离子体诊断中起着非常重要的作用.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之六)

 六、各种形式的等离子体诊断技术要想真实地了解聚变装置中的高温等离子体的运动规律,的确是一件相当复杂的事情.发展等离子体诊断技术的目的就是设法利用一切可能利用的技术手段来了解等离子体的内部状态,例如中子温度、离子温度、等离子体电流和磁场的大小及空间分布;了解各种输运过程的特点,各种波动过程和不稳定性的模式及其增长率,以及等离子体的约束时间等.在受控核聚变研究的发展过程中,研制新的诊断技术一直占有相当重要的地位.有些刚出现的新技术很快就被应用到等离子体诊断方面.激光技术便是一个例子.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

核聚变与核裂变可以说是核能的一对孪生兄弟.氘的聚变反应是在1934年世界上第一台加速器投入运行后不久就实现的,而铀的裂变反应直到1938年底才被发现.然而,裂变能源的发展一帆风顺而聚变能源的探索却道路曲折.早在1942年就建成了具有功率输出的实验性裂变反应堆,50年代就建成了商用核电站.而核聚变直到最近才基本证明了它的科学可行性,90年代可建成具有功率输出的实验反应堆,要到21世纪初才能发展商用聚变核电站.这是因为实现受控核聚变的条件实在太苛刻了!首先要使等离子体达到1亿度的极高温度,并且维持足够长的时间,以便产生足够多的聚变反应,释放大量的能量.     

B的K_aX射线谱精细结构的研究

应用高分辨软X射线弯晶谱仪并结合傅里叶自重卷积解谱技术研究B的K_0X射线谱的精细结构。在解谱过程中采用一种新的动态变迹函数,既能区分叠加的谱峰,提高谱线分辨率,又能保持良好的信噪比。应用这种方法处理B_2O_3中B的K_0X射线谱,从包络线中区分出波长67.657和67.536A的两条谱线,获得该谱线具有精细结构的证据,验证了关于B的sp~2轨道杂化理论。     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之五)

五、如何达到点火温度核聚变研究的重要目标之一是设法把等离子体的温度提高到10keV以上.这是实现聚变点火必不可少的基本条件之一.主要的加热手段包括欧姆加热,高能中性粒子束注入加热,大功率射频波加热,绝热压缩加热和α粒子加热等.1.欧姆加热的原理及其局限性众所周知,等离子体是良导体,但具有一定的电阻,一旦有电流通过,因电阻效应而得到了加热.按照欧姆定律,其加热功率密度表示为:P=ηj~2,式中η是等离子体电阻率,可表示为η=2.8×10~(-8)/T(?)(欧姆米),其中电子温度T_(?)以keV为单位.这个简单表达式是假定采用氢等离子体、其密度为10~(20)m~(-3)情况下代入著名的斯必泽公式得到的.从上式中可知,随着等离子体电子温度的不断升高,其电阻率急剧下降,由此引起欧姆加热的功率密度急剧下降.这说明欧姆加热这种方式有局限性.我们知道,所有托卡马克的等离子体最初都由环向的等离子体电流提供欧姆加热.但经过计算表明,仅依靠欧姆加热,其电子温度至多加热到1.5keV左右.为使等离子体达到10keV以上的聚变点火温度,必须在欧姆加热的基础上采用等离子体辅助加热.目前获得成功并受到广泛重视的辅助加热手段有高能中性粒子束注入法和射频波共振吸收法.     

受控核聚变研究进展

受控核聚变研究的宗旨是为人类探索理想的新能源.这是当代举世瞩目的重大科研项目之一.许多国家都投入了相当大的人力和物力.本文简要地评述该领域内近年来的重要进展. 一、磁约束系统的研究进展 磁约束系统采用具有特殊位形的磁场将高温等离子体约束在一定区域内.具体的实验装     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域

 有位教授来信言道:有关物理前沿问题,“其它书刊中或有涉及,然皆简而又简,尤缺定量描述,求教于同仁,昏同此感”.其它读者,和者甚众,希望本刊能辟数页之地,系统地介绍诸如受控核聚变、超弦理论、超引力理论、现代K-K理论、弯曲空间量子场论等涉及到物理前沿领域中的一些问题.为此,本刊新辟《物理前沿》栏目,并请中国科技大学副校长、中科院数理学部委员钱临照教授主持.本期发表由朱士尧先生撰写的《受控核聚变》一文,内容翔实,文笔流畅,可谓开篇之大作.全文分八个部分:一、创造人间小太阳;二、核聚变研究的发展历史;三、劳逊判据和热核点火;四、磁约束原理与磁约束装置;五、如何达到聚变点火温度;六、多种形式的等离子体诊断技术;七、令人鼓舞的重要进展和当代聚变研究的前沿课题;八、21世纪的新能源.本刊分六期刊出,请读者注意.