核聚变技术难点与解决办法

希望了解一下现有可控核聚变的进展,问题,以及未来的出路
2024-11-15 15:50:50
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回答1:

核聚变要比核裂变复杂、困难得多。
而可控核聚变又要比制造氢弹难得多。

先说一下历史上可控核聚变碰到的难题:

主要是温度。因为氘核是带电的,由于库仑力的存在,很难把它们凑一块儿,而聚变主要靠强核力,但是核子之间的距离小于10fm时才会有核力的作用。
要凑那么近,肯定需要极高的温度(粒子动能)来克服库仑力。所需温度的理论值是5亿6千万K,但后来修正为1亿K左右,因为之前主要是用平均动能来算的,而实际上很多粒子的动能大于平均动能。
可1亿K也不是好玩的,有什么材质的容器能顶得住1亿K啊?况且还不能使聚变材料降温。

上世纪50年代,美国佬跟欧洲佬先开始尝试和总结。目前我们使用的几种可控核聚变方式:超声波核聚变、激光约束(惯性约束)核聚变、磁约束核聚变(托卡马克)。
目前世界上最常用就是托卡马克磁约束装置,Tokamak来源于拉丁文的环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka),就是利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。
至于这个装置具体怎么做,以后再聊。
目前的难题:Q值(输出功率与输入功率之比)的提高。因为Q值小于1的话,其实就是亏了,这种聚变将没有任何经济效益。而如果想要Q值大,最简单的办法就是增加单次核聚变的材料,可这样的话,对能量吸收和控制装置的要求就高了。目前估计各大国已经把Q值做到1.5以上了。
还有两个难题,这是目前各国都还没有解决的。
1、就是持续不间断地提供高温所需的能量。Q值1.5意味着:产出150吨TNT当量的能量,就要投入100吨TNT当量的能量,而且还是持续的!就像大片里的那样:一台科幻设备一开动,整个城市的灯都灭了。
2、即使能够持续供电。但你投入的是1个电,而它产生的却是1.5的热及辐射等。而如果把它转化成电的话,如果转化率小于66%的话,还是亏了。目前全球在这一技术上还没有突破。
另外,2006年9月28日,中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST(HT-7U超导托卡马克)首次成功完成放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。

回答2:

现状:
1.可以实现,但维持时间短
2.可以实现,但高投入,低产出,投入产出比严重偏低