磁約束核聚變裝置小型化的難點,是否主要在於反應溫度與離子自由度的關係?

時間 2021-05-31 00:15:02

1樓:小侯飛氘

超導材料應該是制約托卡馬克小型化的乙個重要因素(當然肯定不止這乙個制約因素)。

托卡馬克的功率密度正比於磁場強度的四次方,也就是說,只要把磁場強度提到原來的2倍,就能把等離子體體積縮小至原來的1/16。

近些年建設的托卡馬克大都是用超導材料來維持強磁場(合肥的EAST就是全超導托卡馬克)。但大部分用的都是低溫超導體(臨界轉變溫度低於液氮沸點),往往要用液氦製冷保持超導,而且臨界磁場強度也不如一些高溫超導體。

為啥放著效能更好的高溫超導體不用呢?因為很多高溫超導體都是氧化物(例如大名鼎鼎的釔鋇銅氧),沒有一點塑性,稍微彎一下就斷了,很難把它們加工成線圈。而很多低溫超導體都是合金,雖然超導效能差些,但勝在塑性好能加工。

不過近些年高溫超導材料的加工效能似乎得到了改善,基於改良過的高溫超導材料,MIT的那幫人設計了個ARC的反應堆[1]

[2](據說名字是致敬鋼鐵俠胸口的那個ARC反應堆,畢竟Tony Stark是MIT校友)。ARC反應堆擬用高溫超導做線圈,能大大提高磁場強度,從而在保持和ITER功率相同的前提下,把體積縮小了不少(見下圖)。

ITER和ARC反應堆尺寸對比

2樓:有360天了麼

據我可憐的核物理知識推測,難點應該主要是約束裝置很難小型化。

前提是不談點火和維持,只要求小型化的話。

不論是慣性約束還是磁約束,都需要及其精密複雜的控制裝置,而控制強度不因為小型化而減弱。以磁約束為例,大托克馬克需要的磁場強度和分布和小的一樣。

這就相當於就算你可以執行鋼鐵俠胸口的那種反應堆,但你必須揹著一棟小別墅那麼大小的約束裝置,不然高溫高速輻射原子流時刻會把你射爆。

3樓:

我不確定托卡馬克是不是有小型化的需求。實際上根據聚變反應自持的勞森判據和點火條件,等離子體數密度、溫度、約束時間三者必須滿足一定的關係。這個關係就要求等離子體密度和溫度不能太低,這實際上就要求托卡馬克或者其他磁約束裝置不能太小,因為太小就意味著需要極大的溫度和密度梯度,會引起很多不穩定性。

從這個角度,托卡馬克小型化的難點,很難講就是反應溫度。目前的重點還是如何控制和利用各種不穩定性和等離子體模

雷射核聚變和磁約束聚變有什麼不同?聚變能怎樣轉換到電能呢?燒開水嗎?

雪原 有不燒開水的辦法,就是磁流體發電,不過轉化率比較低,目前只有20 左右,以後應該能更高。剩餘熱量可以工業利用,比如製氫,氫氣和氧氣反應,燃料電池原理,還可以發電 暗劍 目前熱機的轉換效率已經很高了,目前輕鬆可達到35 比別的轉換方式如太陽能,風能的形式已經高很多了 正在向55 衝刺,另外,這麼...

磁約束核聚變商業化和城市農業的發展,會進一步加劇乾旱缺水內陸國家的與豐水國家的經濟差距嗎?

阪泉君 可控核聚變很有可能根本沒法實現。現在所有的實驗都並沒有真正的核聚變,而只是模擬。太陽本身就是乙個靠引力約束的可控核聚變堆,釋放的能量足夠人類用了。研究可控核聚變還不如研究戴森環。 現在大力投入ITER 共享技術成果的國家是 歐盟 美國 日本 南韓 加拿大 俄羅斯 中國和印度。這些國家幾乎是這...

核聚變裝置怎麼承受1億度的超高溫?

劍聖 核聚變出於興趣愛好了解了億點,當然沒那些大佬豐富,普通用高中物理解釋一下 一億度的等離子體是磁懸浮在環形軌道上的,沒直接接觸內壁材料,不會貼著燙 空氣隔熱,更別說真空了 內壁材料有強力製冷裝置,熱輻射過來的熱量會很快吸走所以內壁材料沒有到熔點,不會化 分析者 據我所知,這是核聚變發電技術無法突...