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科学天地
⋯~ 托卡马克核聚变堆的研究进展
严慎译怀特棱/《≥
在验证为将礅约束氘一氘托卡马克等离子体发展为一种从环境角度谤
人的能源所需的物理学和技术上, 已取得巨大进展。
今天, 在垒世界的能量需求中将近%来
镉【于化石燃料。尽管在美国和世界其他地方还聚变反应所诱发的放射性
贮备着大量可供开采的煤, 但长期依赖化石燃尽人所知, 聚变是宇宙中的初始能源。象
料却是众所周知的危险策略。使用化石燃料加太阳那样的恒星通过以质子聚变成氘开始的一
速了污染和酸雨, 并通过增加大气中二氧化碳个连续反应,.
的量而增大了垒球变暖的危险. 如果下个世纪来产生它们的能量. 不幸的是, 这种核聚变以
人们使用的能源是从环境角度看吸引人的方及连续反应所具有的核反应有效截面太小, 很
法, 而不是靠燃烧化石燃料来获得, 那么,这难在一个合理尺寸的地球核聚变反应堆中加以
将是对人类社会的最佳奉献。开发和实现新的开发。而下述反应却具有足够大的核反应有效
大规模能源技术需要几十年时间,这一点加重截面, 使人们对它产生兴趣:
了加速发展替代能源的迫切性。÷..
在上一个十年中, 基于托卡马克磁约束聚—.
变核反应堆的技术进展是引人注目的。已达到÷..
.万电子伏约亿的中心离子温度, 是‘..
自年来的五倍。在过去的十年间, 强热等核聚变反应率参数其中是有效截
. , 面, 是反应物的相对速率, 括号表示对反应
妇一化等离子体压力几乎增加了三倍见表物的麦克斯韦速度分布取平均在—反应
。足以维持稳态托卡马克运行的电流驱动中所取得的值远远大于其他情况。这样, 第一
技术得封了发展, 其中包括理论上预测的自持个聚变反应堆将几乎可以肯定是采用氘一氚燃
“自拽”电流. 料
这些结果, 连同在英格兰艾秉敦欧洲联合在聚变反应堆里, 产生千兆瓦年的电能
托卡马克在年儿月进行的氘一氚需用吨氘, 而以煤为燃料的电厂则需×
实验及将要在艾秉敦和美国继续进行的实验, 吨。差别之悬殊, 反应了核势和分子势的相对
证实了棱聚变能的科学可行性在获得关键等尺度。核能生产的高燃料效率大大提高了燃料
离子体参数和在物理学上的理解方面已取得了开采和运输的经济性, 并大大减少了废物的产
足够多的进展。这样, 现在就有可能信心十足生。
地预测在聚变核反应堆的核心所需的托卡马克由于氘是稳定的, 自然状态下每个氢
. 等离子体的特征了。过去十年闻的成就是, 促原子中出现一个氘原子, 氚是一种放射体,
使履行发展聚变能的国际协调战略, , 在自然界中不是大量存在
的设计强调那些将决定聚变能经济可行性的现的。因此, 采用反应如一‘. 在
有科学技术问题, 朝着这一方向的最先几步正包围着等离子体的再生区中生成氚。通过再生
在进行之中。区中中子减速以及使氚增殖的放热反
’
一二
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应所积存的热量被转移给一种冷却剂,如高温高通量的中子源支持整个研究计划。
在一个氘一氚反应堆中氚的投料量为几千。
氦。热氦随后被用于驱动涡轮发电。这样, 取
自来源丰富的盐湖、海洋和地质矿床的氘和克,