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=ηj²,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10²⁰m^-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——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

 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.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之二)

 二 核聚变研究的发展历史早在1929年,阿特金森(Atki-nson)和奥特迈斯(Houtermas)从理论上计算了氢在几千万度高温下聚变成氦的可能性.1934年,奥立芬特(Oliphant)发现了第一个D-D反应.1942年施莱伯(Schreiber)和金(King)在美国普渡大学首次发现了D-T核反应.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10~(-7)帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈(称纵向场线圈)排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.这些分立的环形线圈连接起来形成螺     

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.     

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.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10^-7帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈（称纵向场线圈）排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.     

人造小太阳——受控核聚变

希腊神话中普罗米修斯为了使人类从藏身的洞穴中走出来过上光明的日子,他用茴香管盗来了太阳上的火种,因而被天神绑在高加索山崖上受了3万年的煎熬.在希腊的文学作品中,他便成了一个为人类文明而不避艰险的英雄.马克思也称他为"哲学史上最高尚的圣者和殉道者".     

受控核聚变研究现状——开发核聚变能源 造福子孙后代

1991年4月21日,江泽民同志在成都作有关“科学技术是第一生产力”的报告之前,专程视察了我国最大的受控核聚变研究基地——核工业西南物理院——并挥毫题词“开发核聚变能源,造福子孙后代”,勉励我国研究人员在这个重大的科研领域上要作出中国的一份贡献.     

我国受控核聚变研究发展的里程碑

受控核聚变实验装置“中国环流器一号”(装置代号HL-1,基本建设项目451工程),于1984年9月21日启动,经过一年来的工程联调和最近半年多时间的物理测试,取得了第一批实验结果。实验数据表明,这一装置所产生的“环流等离子体”——带电流的环形等离子体——平衡、稳定、较为洁净,性能符合设计要求。环流等离子体的持续时间(即寿命,或等离子体内环形电流脉冲持续的时间),也就是装置每次放电所产生的等离子体可供细致观测、     

受控热核聚变实验研究装置——中国环流器新一号(HL-1M)

描述了用于受控热核聚变实验研究的中国环流新一号装置和初步物理实验结果。     

李正武我国受控磁约束核聚变的奠基人

李正武我国受控磁约束核聚变的奠基人尚振魁①邓希文②钱尚介③（核工业西南物理研究院，成都６１００４１）李正武先生，解放前去美国。１９５５年，经周恩来总理在日内瓦与美方严正交涉，被羁留在美的中国学者获准回国。李正武先生热爱新中国，放弃了在美职位与优越的生...     

物理学新词条第五批:等离子体物理与受控核聚变名词

Aabnomal absorption 反常吸收accel-decel aperture 加速-减速孔accel—decel electrode加速-减速电极access(1)存取(2)通路aggregate　capacity 总容量air—cored 空芯[的]allowable burnup 容许燃耗ambipolar diffusion 双极扩散annular 环形[的]anomalous　diffusion 反常扩散antibunch 反群聚antidiffusion　反扩散area wave 面积波autonomeus　oscillation 自激振荡autoresonant 自共振autostability 自稳定性axisymmetric 轴对称[的]azimuthal(1)方位的｛天｝(2)角向[的]azimuthal current 角向电流azimuthal pinch 角向箍缩 Bback-…     

受控核聚变两大途径的对比与结合

目前人们探索受控核聚变主要是从两个方向着手：磁约束受控核聚变和惯性约束受控核聚变，但目前还无法判定到底哪一种途径更为可取，文章首先对这两种途径进行对比，指出各自的特点和困难，在此基础上提出了一种结构相对简单，成本相对较低的三轴六极磁镜系统设想，希望能将磁约束和惯性约束和惯性约束结合起来，以实现受控核聚变反应。     

力学的基本概念(IV)——现代物理学中的质量和力

一能量表象优于力的表象 在牛顿力学里,力和质量这两个基本概念,最初都是通过以速度为表征的质点运动状态的变化──亦即通过它在外界影响下的加速行为建立起来的.与此相适应,在牛顿力学的本来形式里,物体间的相互作用是以力来描写的.我们袭用赫兹的讲法,把这种描绘方式称为力的表象[1]. 然而,力只是描写相互作用的一种形式,我们还可以用相互作用能量来描写物体间的互相影响.例如,各种势能就是不同性质的相互作用能量.从牛顿运动三定律可以推导出能量和动量守恒定律.在分析力学里,还发展出哈密顿形式和拉格朗日形式等基于能量-动量语言的进…     

受控核聚变研究的进展和“冷聚变”实验

本文简要介绍了核聚变的基本原理和实现核聚变的必要条件，概述了受控核聚变研究的两个主要途径──磁约束和惯性约束取得的重大进展．此外，还介绍了所谓ｕ介于催化聚变的物理概念，对当前“冷聚变”实验作了评述．