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惯性约束聚变技术:小型密封舱带来的优势与挑战

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:惯性约束聚变反应堆方案采用很小的聚变燃料密封舱,质量比核武器小得多。惯性约束聚变的优点是,大部分复杂设备,例如大型激光机或者带电粒子束加速器都可以放置在远离核反应室的地方,从而不会受到中子的破坏,同时维修和维护也很方便;但是,激光驱动聚变情况下,最后的光学部件必须能够直接对准目标,所以必须要暴露在中子和目标碎片中。

惯性约束聚变技术:小型密封舱带来的优势与挑战

惯性约束技术用于将核武器中的反应燃料在有限的范围内聚集在一起足够长时间(几微秒),使其能发生聚变反应从而释放出大量的聚变能。在核武器中,燃料的压缩是通过燃料芯的惯性和燃料芯外面高密度附着覆盖层的向内的挤压作用实现的。惯性约束聚变反应堆方案采用很小的聚变燃料密封舱,质量比核武器小得多。燃料可以通过燃料舱外层表面向外剥离引起的火箭效应来直接压缩,或者通过黑体辐射空腔内发出的软x射线来间接压缩[5]。在任意一种情况下,驱动压缩的巨大能量都是在几纳秒的短脉冲时间能生成的。主要有激光驱动器和离子束驱动器两种类型,不过近来几年出现的一种变型惯性聚变方法中已经用到了磁场来进行约束,磁场由爆炸丝阵列迸发出的强电流生成。惯性约束反应堆每秒钟要经历几次燃料微粒压缩和燃烧循环使包覆层中的燃料具有足够高的温度,从而产生蒸汽提供给涡轮机发电。燃料微粒的压缩要求高度同步,以达到较好的能量增生(聚变能量与驱动能量的比率);大部分惯性约束方法都需要多路驱动器(有192个)。

惯性约束聚变的优点是,大部分复杂设备,例如大型激光机或者带电粒子束加速器都可以放置在远离核反应室的地方,从而不会受到中子的破坏,同时维修和维护也很方便;但是,激光驱动聚变情况下,最后的光学部件必须能够直接对准目标,所以必须要暴露在中子和目标碎片中。其缺点是,一旦聚变反应开始,能量受到严重限制,可能会通过正在融化的燃料球来释放,而不是通过不断融化的介质来释放。后果是,为了使惯性聚变成为一个极具吸引力的反应堆方案,它需要一个高效驱动器,而产生的大部分聚变能量不能只是用于为这个驱动器提供电力。一般使用高能激光驱动器来实现聚变燃料球的点火,但是人们也在致力于离子束驱动器的研究,可以用它来为商业惯性聚变发电厂的高能激光驱动器提供更高效的电能。(www.xing528.com)

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