氘核源
氘核源是产生和分离氘核的聚变反应原料。
氘核中有两个核子,平均结合能为1.11MeV(1eV≈1.602 189 2×10-19J),每个氘核的自旋状态函数有3个,即+1,0,-1。氘核所带电荷少,彼此间库仑斥力较小,不大的能量就能克服斥力的作用。超高温度时,氘核或与氢原子核互相碰撞,可以发生聚变反应,放出能量,生成平均结合能比氘核大的核。
基本信息
- 中文名
氘核源
- 外文名
deuteron source
- 氘核
电荷少、彼此间库仑斥力较小
- 来源
海水中含有丰富的氘
- 应用
聚变反应
- 本质
产生、分离氘核
应用于聚变反应
聚变反应实质上是具有一定相对动能的氘核和氘核(或氘核和氚核)克服斥力,相互接近而发生融合的过程。因此,只要参加反应的氘核(或氚核)具有一定的相对动能、足够的密度和充分的反应时间,即可实现可控聚变。基于这一点所设计的反应模型回避了等离子体所遇到的困难,具备了可控核聚变的条件。
利用加速装置,使氘核等的能量可以随意调控;通过环形磁场(或类环形磁场),可以对氘核等反应粒子进行有效的约束,可以使氘核、氚核的密度得到有效的控制;通过回旋装置,可以很好的控制反应时间;通过具有一定能差的氘核(或氚核)同向碰撞,实现聚变。
反应模型
回旋式同向能差碰撞聚变反应器
也称环行磁场—辐射状电场约束模型。
该模型分为:
1、氘核源(产生和分离氘核)。
2、加速装置(A、给氘核、氚核加速,使之成为具有一定动能和动能差的两束粒子。氘核、氚核的具体能差和动能的选择,可根据氘核能量与反应截面关系曲线并结合实验条件确定;能差既要大于两个氘核能够接近并能发生反应的阈值,但也不能太大,要使两者发生反应的几率最高,这需要进行大量的实验;低能氘核的动能,要根据反应粒子密度的需要进行调整。例如:一束氘核中单个氘核的动能选择120kev,另一束氘核的动能选择60kev;或者一束氘核的动能选择165kev,另一束中氘核的动能选择100kev等。B、调节反应生成的氚核和剩余的氘核的能量,使之变成反应物继续在反应器中发生聚变)。
3、约束反应装置(将氘核和氚核约束在特定区域进行反应)。
4、分离装置(将反应剩余物中的氘核和氚核分离出来)。
工作原理:
第一步、
氘核源产生的氘核,通过加速装置,呈具有特定动能差的两束进入反应装置。
虽然两束氘核是同向运动,但由于其能差已达到或超过了氘核融合所必须的能量(反应阈值),所以两束氘核可以通过碰撞而发生融合聚变。
为了增大氘核的密度,模型中采用了A——A剖面(模型一)的磁场约束。由于超导体导线通有远离读者方向的强电流,故导线周围将产生顺时针方向的环型磁场。由于氘核都沿着远离读者的方向运动,所以都将受到指向导线的磁场力的挤压作用;由于氘核都沿着远离读者的方向运动,且带正电,故氘核束自身也产生顺时针方向的环形磁场,该磁场也对氘核有很好的约束作用。为了防止氘核过于集中在导线上,在导线外皮和反应器外皮之间设一电场,该电场的电力线方向呈辐射状,由导线外皮指向反应器外皮。由于氘核带正电,故将受到远离导线向外的电场力的作用。利用电场力和磁场力将氘核约束在导线外皮和反应器外皮之间的适当的空间里。通过调节导线的电流强度(即调节其周围磁场强度)、导线与反应器外皮间的电场强度、氘核的动能,及进入反应器的氘核的数量,可以调节反应器内氘核的密度。为了使反应充分进行,在反应器的两端设有两个半圆环回旋部分,在端部的外半环沿垂直于圆环的方向施加适当的匀强磁场,以保证将圆环部位的氘核束仍被约束在导线外皮和反应器外皮之间的适当部位。通过回旋部分,氘核束可以在反应器内循环运动,有充分的碰撞融合机会。反应较充分后,可通过瞬间消除回旋部分的局部磁场,使剩余物沿出口飞出。
通过分离装置,对剩余物进行回收、分离,对其中的氘核、氚核要再利用。
第二步、
将第一步反应剩余的氘核和生成的氚核引入加速装置调节其能量,使之如同第一步反应中的一束低能氘核作为反应物再进入反应装置。目的是让氘核与氚核融合产生氦核和能量,让氘核再与氘核融合产生氚核和能量。第一步和第二步需协调、循环进行。