是否可以使用控制棒来控制核反应堆中反物质碰撞产生的能量?

时间:2020-12-17 08:54:42   作者:
裂变是由中子通量控制的。可裂变材料暴露在中子脉冲中,并在逃逸反应中释放更多的中子。控制棒吸收中子,并控制裂变材料的功率输出。可裂变物质和可育物质在自然界中存在。隔离这些材料并组装一个反应堆是我们可以做的。

反物质是由高能粒子相互碰撞而产生的。反物质的制造效率不高,因此会造成巨大的损失。潘宁陷阱是储存带电反物质的一种方法。目前只收集到非常少的数量。从来没有产生过任何有意义的力量。

1933年,利奥·西拉德(Leo Szilard)穿过伦敦的一条街道,目睹了连锁反应的发生,几年之后,芝加哥一号楼于1942年12月开始运营。1945年7月,第一颗原子弹试验完成。1956年10月,第一座商业核反应堆开始运行。

从1933年到1956年,从想法到商业核能用了23年的时间。

保罗·狄拉克(Paul Dirac)在1928年提出反电子作为薛定谔波动方程的解。安德森在1932年制造了第一个正电子。莫霍罗维奇在1934年预言了电子和正电子之间存在一种被称为正电子素的束缚态。费曼和斯图克尔伯格假定,1941年的反粒子是在时间倒流的正常粒子。Deutsch在1951年发现了positronium。张伯伦在1955年发现了反质子。Penning和Malmberg已经发明了用来储存带电等离子体的陷阱,这些陷阱已经被用来储存反质子和正电子。

是否可以使用控制棒来控制核反应堆中反物质碰撞产生的能量?

当反质子与质子接触时,它们湮灭形成伽玛射线。当正电子与电子接触时,正电子湮灭形成伽马射线。正电子和电子结合在一起形成一对称为正电子素。在正位态中,正电子约持续1/8纳秒。para态的正电子素持续大约1/8微秒。

从1933年到2020年的87年间,反物质并没有产生真正的力量。没有大量的反物质被制造出来。目前还没有利用反物质制造出动力装置。

然而,反物质在某种程度上是可行的。

就像电子对在固体中交换动量并成为超导一样,正电子对交换动量并无限期地持续下去。在长度超过10万光年的天体物理喷流中已经发现了寿命很长的正电子素,这表明正电子素对的寿命非常长。在太阳耀斑中已经探测到正电子素。从强激光散射出的相对论性电子可靠地产生正电子。

到目前为止,还没有利用反物质产生有意义的能量。反物质转化为能量的机制是使反物质与正常物质发生碰撞,释放出强大的伽马射线。一个反物质发电厂,以及反物质发电厂的燃料现在只是说说而已。没有一个严肃的科学家或工程师知道如何制造这样的东西。

然而,在粒子加速器中产生的反物质也许有一天会被用于产生更清洁的裂变反应,甚至引发聚变反应。这些都是目前的研究项目,因为从来没有以这种方式产生过有意义的电力。上世纪90年代,我在俄亥俄州立大学(Ohio State University)与图尔奇博士和宾夕法尼亚大学(University of Penn)合作,利用反质子使铀裂变。我们记录了裂变诱导反应中产生的9个中子,而不是2个或3个。长期存在的放射性核素减少或消除。由于用于实验的反质子数量极少,我们在原子尺度上研究单个原子。我们没有处理足够的材料来产生任何可感知的能量。

太阳耀斑中产生的正电子以及激光束和电子束产生的正电子素,表明我利用光球中的等离子体结构来制造等离子体恒星的想法,可以用于制造由太阳驱动的人造天体物理喷流。这些射流被冷却并捕获在冷凝物中的准晶态晶格中,并储存在铁密度附近。它们是通过将它们从晶体表面煮沸来提取的,通过某种方式使它们不稳定,从而导致它们衰变,并产生一种准直的伽马射线,这种射线可以有效地转化为可用的能量,或推力,或安全产生推力的中微子束。

然而,从实际角度来看,这不过是摆手而已。
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