熱核聚變新思路

核聚變新思路當(dāng)今核聚變最熱門(mén)的研究裝置首推激光慣性約束和托卡馬克。但是從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，慣性約束有其無(wú)法避免的致命缺陷，便是每顆核燃料所輸出的能量有限，通過(guò)大功率的激光進(jìn)行點(diǎn)燃，能量的效率并不高。再大的核燃料就難以點(diǎn)燃。并不是未來(lái)大規(guī)模核聚變的首選。第二個(gè)是托卡馬克裝置，這種裝置能夠做得很大，能量也強(qiáng)，但是現(xiàn)在的研究方向是控制等離子體穩(wěn)定。通過(guò)增加溫度和密度來(lái)試圖達(dá)到穩(wěn)定核聚變的目的。但是這將是死路一條。因?yàn)樵诘入x子體內(nèi)按照量子力學(xué)的原理，總有一定概率正在進(jìn)行核聚變，那怕溫度只有幾千度，但是這個(gè)概率非常小。所以對(duì)等離子體沒(méi)有顯著影響。但是一旦核聚變的概率上升到一定程度后，等離子體的性質(zhì)將會(huì)加上一個(gè)參數(shù)，就是單位體積上等離子體的能量釋放問(wèn)題。我對(duì)現(xiàn)在的等離子物理研究發(fā)現(xiàn)，都沒(méi)有把核聚變所釋放的能量計(jì)算在內(nèi)。核聚變較多的情況下，單位體積上的等離子體將會(huì)輻射出核聚變特有的電磁波，中子和中微子等。這些能量和物質(zhì)將會(huì)影響周圍的粒子的運(yùn)動(dòng)和物理狀態(tài)，像吸收了特定的電磁波然后動(dòng)量改變，或者核內(nèi)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。由于中子不具有庫(kù)侖力的作用，所以在完全電離的等離子體中，將隨中子濃度而發(fā)生改變。所以這種情況下的等離子體已經(jīng)不能用經(jīng)典的等離子體模型進(jìn)行描述，我們應(yīng)當(dāng)把聚變發(fā)生一定概率以上的等離子體叫聚變體，聚變體會(huì)隨著聚變類型有著不同的性質(zhì)。托卡馬克研究的方向是如何把等離子體高密度地約束在一個(gè)狹窄的環(huán)境中。但是隨著聚變概率的提高，等離子體的性質(zhì)開(kāi)始發(fā)生改變，磁場(chǎng)約束開(kāi)始難以奏效，變得十分不穩(wěn)定最終碰壁。把聚變體當(dāng)?shù)入x子體來(lái)看待并計(jì)算，這是個(gè)根本性的錯(cuò)誤。如果說(shuō)聚變體的話，最能夠參照的便是太陽(yáng)核心，聚變體還有一個(gè)特別的地方是，聚變體各個(gè)部分反應(yīng)速率不均勻，盡管發(fā)生概率的會(huì)隨溫度和密度增加，但是某一個(gè)時(shí)刻溫度低的部分發(fā)生聚變的次數(shù)或許比某一個(gè)時(shí)刻同樣密度但溫度高得多的部分的次數(shù)多。特別是像太陽(yáng)，時(shí)不時(shí)會(huì)爆發(fā)巨大耀斑。所以聚變的裝置應(yīng)當(dāng)是允許聚變體高度的不穩(wěn)定性，但又能夠保持能量平衡。也就是說(shuō)，最好不要在狹小的空間內(nèi)嘗試加壓等離子體，因?yàn)橐坏┌l(fā)生聚變，將打破約束平衡。根據(jù)聚變體的特殊性質(zhì)，要具有高度的包容不穩(wěn)定性的裝置應(yīng)當(dāng)是由雙磁鏡組成的約束裝置。可以無(wú)需要壁，就算發(fā)生不穩(wěn)定的變形，還是可以恢復(fù)到原樣而不碰壁。但是最大的缺陷就總有一定的概率讓等離子體穿過(guò)磁鏡，但是這部分等離子體其實(shí)可以用磁場(chǎng)捕獲并返還到磁瓶中。所以并不是什么難事。那如何才能使得聚變體達(dá)到核聚變，關(guān)鍵是約束時(shí)間。我們無(wú)法對(duì)聚變體做過(guò)多的約束，但是可以通過(guò)特別的方式使得核聚變得以進(jìn)行。如下圖：除了能量能夠約束等離子體外，還有等離子體也能約束等離子體。我們可以看到上圖，由一個(gè)一個(gè)雙磁鏡系統(tǒng)組成。但是卻是比一般的磁鏡系統(tǒng)都要巨大。這個(gè)是為了讓中心成為聚變體。我們可以把高溫等離子體想象成一個(gè)一個(gè)會(huì)發(fā)熱的單元，這是因?yàn)槎紩?huì)有一定概率發(fā)生核聚變，并且因?yàn)檎麄€(gè)裝置體積巨大，熱量散發(fā)從等離子體表面以電磁波和中性粒子散發(fā)，根據(jù)表面積和體積進(jìn)行計(jì)算，越大的球形，表面積與體積比越小。也就是說(shuō)能量損失越小。根據(jù)等離子體的熱傳遞，在巨大的尺寸上，等離子體的熱傳遞速率是有限的，那么將會(huì)在中心形成比周邊更熱的熱斑。由于等離子體具有抗磁性，等離子體內(nèi)部其實(shí)是不具有磁性約束的。當(dāng)熱斑達(dá)到聚變體的程度，會(huì)導(dǎo)致快速的放熱過(guò)程，這種過(guò)程可能是一脈沖形式出現(xiàn)，在巨大的等離子體內(nèi)，聚變體因達(dá)到聚變溫度，使得反應(yīng)速率增加，又由于熱傳遞的有限性，會(huì)造成聚變體的膨脹和附近的等離子體達(dá)到聚變體溫度。當(dāng)反應(yīng)膨脹的程度降低聚變體溫度時(shí)，便收縮。也就是說(shuō)，聚變體將可能以一次一次脈沖的形式發(fā)生，并且維持振蕩的平衡。故如采用托卡馬克裝置，部分膨脹或脈沖輸出能量的過(guò)程會(huì)讓等離子體碰壁。而采用磁鏡則可承受一定程度上的膨脹，膨脹帶來(lái)等離子體溫度的下降，阻止熱核過(guò)度反應(yīng)。聚變體的特殊性質(zhì)，相對(duì)于等離子體，聚變體具有自身發(fā)射粒子，高能電磁波，自身增加勢(shì)能和動(dòng)能的能力。對(duì)于不同的元素，聚變的性質(zhì)各不相同。如會(huì)產(chǎn)生中子的1。反應(yīng)，在巨大的等離子瓶?jī)?nèi)，中心熱斑產(chǎn)生在中子將難以穿透外面巨大的等離子體，將成為等離子體的的一部分，也可能衰變成質(zhì)子。聚變體達(dá)到一定的反應(yīng)速率時(shí)，放出的能量將大于核聚變需要輸入的能量，產(chǎn)生的電磁波和粒子，他們將會(huì)被周圍的等離子體吸收能量。就像太陽(yáng)中心是氫的聚變體，而周圍則是等離子體，聚變體發(fā)出的電磁波竟然要1萬(wàn)年才能傳到太陽(yáng)表面。這說(shuō)明本裝置跟太陽(yáng)的自持氫核聚變反應(yīng)原理一致。就算是如此強(qiáng)大的引力也不足以阻止聚變體的不穩(wěn)定性。