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聚变反应堆能有多小?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2022-05-24 12:53:16

小聚变是很有可能的,因为聚变是一个可以优雅缩放的核过程。在不久的将来,我们可能会看到小型核聚变反应堆的成功实际发展。甚至集成电路规模的纯聚变反应堆也可能成为可能。

聚变反应堆能有多小

实验表明,成功点燃小亚克DT ICF聚变胶囊所需的聚变驱动器的能量约为20兆焦耳,在不到3纳秒的时间内送到2mm点。20兆焦耳是燃烧2.5杯汽车汽油所释放的能量。如果一克氘燃料通过DD聚变完全融合,所有的聚变侧链完全完成,那么释放的能量将是3.44 x 10^5兆焦耳(或相当于2610.8加仑汽车汽油)。一克氘的完全聚变将产生17,200倍的能量增益

(或者说是将一克氘燃料带到ICF聚变点所需的20兆焦距x射线能量的17200倍)。当用于建造小型反应堆时,核聚变有许多显著的优点

1)聚变没有临界质量要求;聚变反应只需要满足合适的条件(温度、等离子体密度和限制时间)来支持聚变。因此,非常小的核聚变发电厂有可能被建造。

2)聚变燃料在太空中随处可见。氢(和氘)是宇宙中最丰富的元素。宇宙中氢原子的含量是任何裂变燃料(U233, U235, Pu239)的10^10倍。

3)当核聚变失败时,它往往只是熄火,不会发生严重的事故和熔毁

4)裂变反应堆产生的中子和伽玛难以屏蔽。

像He3-He3这样的聚变反应基本上不产生中子,也不产生热量,主要是像质子这样的带电粒子,它们更容易也更经济地屏蔽。磁场和静电场的组合可以用来为移动He3-He3惯性约束聚变反应堆提供一个低质量的生物屏蔽解决方案。

氦3-氦3惯性约束聚变

He3 + He3-> He4 + 2质子+ 12.86 MeV(能量)

He3-He3聚变只产生带电的质子和能量(完全可以屏蔽中子)。

He3-He3聚变产生的带电质子可以收集在轻型栅格和屏幕上,用于直接驱动电动马达,驱动电动汽车或其他小型聚变应用程序(钢铁侠服装?)的轮子。无中子的He3-He3核聚变不需要昂贵的精密涡轮发电机来将核热转化为电能(对于He3-He3核聚变来说,成本更低、重量更轻、直接收集网格上的带电粒子就足够了)。

预计He3-He3融合的ICF驱动要求约为DT ICF融合要求的40倍。将来会有小型聚变反应堆直接为聚变汽车、飞机、火箭甚至动力工具提供动力吗?也许短期内不会。

以He3-He3无中子聚变为动力的低屏蔽要求的小型聚变反应堆很可能在未来的某个时候出现。最可能支持这种核聚变的核聚变装置是惯性约束核聚变,其中核聚变等离子体的密度实际上是核聚变等离子体密度的10^11倍,比像ITER这样的托卡马克实验中常规运行的核聚变等离子体密度大。

聚变反应堆能有多小

在实施非常小的反应堆时,可以提出惯性约束聚变的论点。ICF聚变实验使用密度最大的聚变等离子体。这是一个很强的竞争优势

在聚变条件下,从等离子体中提取的能量与等离子体密度的二次幂(平方)成正比

即使操作等离子体密度的微小改进,也可以显著提高特定聚变实验实现实际能量增益的聚变并产生有用的能量的机会。在未来主导商业聚变技术的竞争中,能够与超高密度等离子体一起运行的聚变装置占据了竞争的高地。
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