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求大神解释球马克的优点和原理
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求大神解释球马克的优点和原理
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聚变能的狂热者对于达到恒星般的温度或实现使氢原子核在一个产生能量的联合体中聚集所需的压力有着一系列计划。一些是主流的,比如激光器,一些则是非正统的。不过,形似甜甜圈、被称为托卡马克的容器仍是占主导地位的聚变策略,并且是ITER的基石。托卡马克装置旨在利用磁场控制超高温等离子体。然而,即使在托卡马克中间,一种更加灵巧的替代方案也出现了:球形托卡马克。
想象一下传统托卡马克的甜甜圈形状鼓起来,变成一种更像去核苹果的形状。该想法的倡导者认为,这种简单的改变有可能打开同ITER前景相匹配的聚变发电厂之路,同时无须庞大的规模。“目的是让托卡马克更小、更快,并且成本更低,从而减少发电的最终成本。”在英国阿宾顿卡拉姆聚变能研究中心领衔托卡马克研究的Ian Chapman表示。
卡拉姆是将对这些魁梧的托卡马克装置开展大型测试的两个实验室之一。全球两台第一流的机器——位于美国普林斯顿大学等离子体物理实验室的国家球形环测试(NSTX)和位于卡拉姆的兆安球形托卡马克(MAST)正在升级中。它们将拥有更强大的磁体和更强有力的加热系统。很快,它们将开始启动,将氢加热到非常接近产生聚变能所需的温度。如果两者进展顺利,下一个要建造的大型托卡马克将有可能是球形的。
从卡拉姆分拆出来的一家小公司甚至正在下一个希望渺茫的赌注,即它会拥有一个所产生能量超过其消耗能量的球形托卡马克反应堆,并且在10年内得以运行。如果成功了,球形托卡马克将改变聚变的未来远景。“这将令人兴奋。”约克大学约克等离子体研究所所长Howard Wilson表示,球形托卡马克是这个领域的“后起之秀”,但仍有一些重要问题需要弄个水落石出。
掌控等离子体
托卡马克以一种巧妙的方式控制人类曾捕捉到的最“放荡不羁”的物质之一,即利用足够热的等离子体维持聚变。为使原子核相互撞击并且发生聚变,反应堆必须达到太阳核心温度的10倍,约1.5亿摄氏度。得到的是稀薄的电离气体,而后者能汽化所接触到的任何物质,因此它们必须被固定住足够长的时间用于聚变,从而产生大量有用的能源。
托卡马克装置利用磁体尝试实现这个看上去不可能的任务。磁体能固定并控制等离子体,因为它是由带电粒子构成的。一系列复杂的电磁体环绕形似甜甜圈的容器,其中一些是水平方向上的,一些是垂直的。一个被称为螺线管、紧紧缠绕在一起的电线圈向下穿过“甜甜圈”的洞。
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还有一个问题:惯性核聚变(间接驱动和直接驱动)的靶丸是如何快速装入的,换句话说,度娘上每秒3~4个靶丸(有些说数十个甚至上百个!)是如何在燃烧后快速加入靶丸的,求解答
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