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核融合動(dòng)力的兩種超環(huán)面(甜甜圈形狀)的磁約束裝置

2017/2/3 11:07:43

仿星器設(shè)計(jì)是造成文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐特別有趣的原因。它有一個(gè)嵌入在磁瓶?jī)?nèi)的真空室，由一個(gè)70個(gè)超導(dǎo)磁線圈的系統(tǒng)所組成。這些超導(dǎo)磁線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)來(lái)約束熱電漿。

仿星器和托卡馬克是作為調(diào)查核融合動(dòng)力的兩種超環(huán)面(甜甜圈形狀)的磁約束裝置。

在這些實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)大的超環(huán)面(或環(huán)狀)磁場(chǎng)產(chǎn)生磁瓶，來(lái)約束電漿。

然而，為了使電漿在甜甜圈形狀的真空室中有很好的約束，磁場(chǎng)需要有一個(gè)轉(zhuǎn)折。在托卡馬克反應(yīng)爐里，例如國(guó)際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐，電漿中的大電流產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)折路徑。

然而，大電流可以迫使''轉(zhuǎn)折點(diǎn)(kink)''不穩(wěn)定性，能夠造成電漿變得支離破碎。

如果電漿是支離破碎的話，反應(yīng)爐需要充滿氣體來(lái)熄滅電漿，并防止破壞實(shí)驗(yàn)。

在仿星器中，磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)折是藉由扭轉(zhuǎn)整座機(jī)器本身來(lái)產(chǎn)生。這會(huì)移除大的超環(huán)面電流，并且使得電漿從本質(zhì)上更穩(wěn)定。

在磁線圈的工程復(fù)雜性和降低的約束所產(chǎn)生的費(fèi)用，意味著電漿不太容易被包含在磁泡(magnetic bubble)內(nèi)。

盡管文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐和國(guó)際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐采用不同的方式，大部分的底層技術(shù)是相同的。

它們都是超環(huán)面超導(dǎo)機(jī)器，而且都使用外部加熱系統(tǒng)，例如無(wú)線電頻率和中性粒子束注入來(lái)加熱電漿，并且很多的電漿診斷技術(shù)是共同的。

在發(fā)電廠，氫的重同位素(氘和氚)融合形成了氦，并伴隨著一個(gè)精力充沛的中子。

雖然氦被包含在電漿內(nèi)，但是中子具有中性電荷，并且射進(jìn)圍繞電漿的''毯子(blanket)''里。這會(huì)加熱毯子，結(jié)果驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電力的蒸汽渦輪機(jī)。

橫跨核融合功率的一個(gè)共同特點(diǎn)是，需要開發(fā)出能夠承受由核融合反應(yīng)所產(chǎn)生的高熱和快速中子的材料。

不管設(shè)計(jì)如何，核融合反應(yīng)爐的第一道墻是必須在整個(gè)壽命期間，承受來(lái)自高能粒子的大量轟擊。

在這個(gè)階段，還太早來(lái)說(shuō)國(guó)際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐使用的托卡馬克設(shè)計(jì)，或是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐使用的仿星器，哪一個(gè)更適合于商業(yè)用的核融合發(fā)電廠。

但是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐研究運(yùn)作的開始不僅有助于決定哪種技術(shù)可能是最好的追求，而且會(huì)為任何未來(lái)的核融合實(shí)驗(yàn)，貢獻(xiàn)出寶貴的知識(shí)，而且或許有一天成為真正的能量革命。

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