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探讨交流贴:核反应堆与电力分配。

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探讨交流贴:核反应堆与电力分配。
场面话就不说了,各自进行讨论吧。
我先发一个核聚变反应功率的参考资料:
Sf为聚变反应功率,Ef为每次粒子碰撞的平均放能,<σv>是量子力学碰撞截面与量子力学平均速度的乘积。

以上这页转自公开资料《等离子体物理与聚变能》45页


IP属地:贵州1楼2017-10-31 21:50回复
    举个栗子:假设激光驱动惯性约束核聚变已经实用了,燃料球是氘燃料球。
    两个氘氘聚变,各有50%概率发生放能分别为3.27MeV和4.03MeV的聚变反应。
    平均每个粒子碰撞释放能量1.825MeV。


    IP属地:贵州2楼2017-10-31 22:11
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      参照主楼的表,在DD聚变曲线上,找到拐点处,横坐标大约是110K eV,纵坐标大约是10^(-22)

      这里是氘氚聚变的,T的数值式是10KeV,不是主题帖设的数值,可以不看数值结论。
      代入这里的公式


      IP属地:贵州7楼2017-11-08 22:20
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        这里还有个待定数据,反应用的激光功率密度,这里我借用LCLS的功率数据24GW,功率密度假设燃料小球的外径2微米,假设激光的引导效率是50%,那么照射到小球上的功率密度是955414012738GW/m^2。下一步计算时要注意上面的T用的单位是电子伏,要换算为焦耳。
        LCLS激光器的谐振腔:



        IP属地:贵州8楼2017-11-08 22:28
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          时间晚了还未更完,很抱歉,抽空再继续。


          IP属地:贵州9楼2017-11-08 22:29
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            另外想起提醒一下,7楼的公式是有问题的,当然形式上没有错,都是一些小问题
            等式左边不是nt,而是pt,当然,pt和nt只相差除以一个阿伏伽德罗常数。
            等式右边分母上不是n/(1-η),而该是η)/(1-η),这里可能是网上资料的作者笔误。


            IP属地:贵州11楼2017-11-09 15:43
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              补充一句,这里燃料球直径指的是燃料球的内径,因为不知道需要多厚的壳层,所以外面用于吸收光能的壳层厚度没有算在2微米直径之内。
              思考了一下,考虑到LCLS的工作波长小于0.1纳米,而激光核聚变的工作波长在1纳米和10纳米都可以,假设是1纳米。再考虑一个假设:自由电子激光器的功率与波长成反比(当然实际未必如此,不过更详细的资料我也没有掌握),重新计算功率密度就是1910.828025477GW/cm^2。
              注意我所提醒之处,代入7楼的公式,算得:
              nτ=4.017*10^34 s/cm^3
              假设反应时间为1秒,n=4.017*10^34 cm^(-3)
              将以上数据代入主楼,算得燃料球反应时的功率密度是:
              S=4.161*10^27 W/cm^3
              进一步算得燃料球放出的能量为1.742072*10^16 焦耳
              当然,这是假设100%反应的理想数据,而现实中的核弹这样强的惯性约束条件却连达到10%的聚变燃烧效率都困难,所以可以再减小一个到两个数量级考虑,这里我主观假设燃烧效率降低了50倍,也就是最终0.871*10^15焦耳放热,因此反应区放能达到80万吨炸药当量。
              看来这个燃料球实在过大,这样我们要把激光输入能量,燃料球体积再缩小1000倍才能得到一个合理的能量输出数据,也就是0.1微米内径的燃料小球,还是这样功率但是照射时间缩短1000倍的自由电子激光器,每个小球反应放出的能量为800吨TNT当量。


              IP属地:贵州13楼2017-11-09 16:32
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                附;激光驱动惯性约束核 聚 变 原理示意图及实验装置照片







                IP属地:贵州14楼2017-11-09 16:33
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                  附:裂变弹作为X射线源,X射线辐射驱动惯性约束 聚 变 堆(就是氢 弹 啦),原理示意图



                  IP属地:贵州15楼2017-11-09 16:36
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                    插入一个问题:这样的燃料小球有多大?因为这涉及燃料舱能储存多少小球的问题。


                    IP属地:贵州16楼2017-11-20 21:41
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                      由前文,nτ=4.017*10^34 s/cm^3,这是被激光压缩到位后燃料球氘原子核密度。
                      反算常压状态下燃料球内氘原子核密度。
                      算得该燃料球未被压缩前含有40170000000000000000个氘原子,代入每个氘原子质量,算得内含氘燃料总质量为
                      0.13毫克。
                      再由液氘的密度0.14g/cm^3,得到小球内部容积0.0000182立方厘米,半径0.016厘米。


                      IP属地:贵州17楼2017-11-20 22:19
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