托卡馬克等離子體約束

《托卡馬克等離子體約束》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、托卡馬克等離子體約束核工業(yè)西南物理研究院,成都2007年8月12日于四川大學(xué)嚴(yán)龍文2007年8月核聚變與等離子體物理暑期講習(xí)班人類生活對能源的需求核聚變及受控核聚變原理等離子體約束的基本問題等離子體約束的各種模式等離子體輸運(yùn)與能量約束定標(biāo)約束改善與邊緣局域?？刂瓶偨Y(jié)和討論內(nèi)容摘要人類生活對能源的需求日益增大能源消耗圖表自從人類學(xué)會(huì)如何使用能源使自己生活更加舒適和方便后，人們使用能源的能力和對能源的消耗就不斷增加。工業(yè)文明發(fā)展之后，這種需求和增加就越來越快。為了保持人類的舒適生活，現(xiàn)在對能源的消耗極大各種能源消耗的份額石油35%煤23.5%天然氣20.7%核能6.8%生物能11.1

2、%水能2.3%現(xiàn)存能源種類其他能源：風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、?.5%古時(shí)，人類多使用太陽能、風(fēng)能、水能等自然能源，以及少量的樹木等可再生能源農(nóng)業(yè)社會(huì)時(shí)，許多像樹木一樣的可燃燒物被使用，也有少量的煤、石油等化石燃料被使用。工業(yè)文明之后，大量的化石燃料被使用，而且隨著人口的急劇增加和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)了嚴(yán)重能源危機(jī)和污染問題。中國對石油的需求和產(chǎn)量世界上石油資源的蘊(yùn)藏量分布世界上的石油資源分布極其不均衡，其中中東地區(qū)占有已探明儲(chǔ)量的70%。中國是一個(gè)石油儲(chǔ)量相對貧乏的國家。各種化石能源的使用年限按照現(xiàn)在的消費(fèi)增長，化石燃料可供人類使用時(shí)間分別為:煤：220年石油：40年天然氣：

3、60年人類生活對能源的需求核聚變及受控核聚變原理等離子體約束的基本問題等離子體約束的各種模式等離子體輸運(yùn)與能量約束定標(biāo)約束改善與邊緣局域模控制總結(jié)和討論內(nèi)容摘要核聚變原理當(dāng)兩個(gè)輕原子核結(jié)合成一個(gè)較重的原子核時(shí)，會(huì)釋放能量。我們稱這種結(jié)合為聚變，放出的能量稱為聚變能。在人工控制下的聚變稱為受控聚變，釋放受控聚變能量的裝置，稱為聚變反應(yīng)堆或聚變堆。D-D反應(yīng)D-T反應(yīng)常用的核聚變反應(yīng)輕核聚合反應(yīng)：1D2+1D2→2He3+0n1+3.2MeV1D2+1D2→1T3+1p1+4.0MeV1D2+2He3→2He4+1p1+18.3MeV1D2+1T3→2He4+0n1+17.6MeV故

4、總結(jié)果：61D2→22He4+21p1+20n1+43.1MeV即每個(gè)氘核聚變后可產(chǎn)生約7.2MeV的能量，是每個(gè)重核裂變釋放能量0.85MeV的8.5倍，單位質(zhì)量的氘核聚變釋放的能量比裂變大很多，這是聚變反應(yīng)作為一種潛在新能源的突出優(yōu)點(diǎn)。地球上有多少氘氘（D）和氚(T）是氫的同位素。海水里含有豐富的氘，自然界中基本上沒有氚。如果將海水里所有的氘全部用來發(fā)電，將是取之不盡的能源。1升海水相當(dāng)于340升汽油的能量。海水里含有豐富的氘氚的生成用地球陸地上的鋰生成氚可以使用上千年海水里也蘊(yùn)藏豐富的鋰資源氚的衰變氚的半衰期為12.3年，所以自然界中不存在大量的氚。在自然界中只存在3.7k

5、g的氚。而氚在人體中只能存在40天。在氚的衰變過程中，只會(huì)產(chǎn)生低能β射線（電子），β射線甚至不能穿透皮膚?？諝庵械摩律渚€只能傳播幾毫米。等離子體固體液體氣體等離子體增加原子(核)運(yùn)動(dòng)速度的方法通常是提高物體的熱運(yùn)動(dòng)速度。當(dāng)物體的溫度足夠高時(shí)，物體呈等離子態(tài)。等離子體的約束方法等離子體是由宏觀上呈電中性的帶電粒子所組成。自然狀態(tài)下的等離子體是自由運(yùn)動(dòng)的。高溫的等離子體必須要約束較長的時(shí)間。磁場可很好約束高溫等離子體，使其沿磁力線運(yùn)動(dòng)。磁約束等離子體的聚變裝置托卡馬克（Tokamak）仿星器（Stellarator）托卡馬克裝置原理托卡馬克等離子體的加熱通常用“聚變?nèi)朔e和增益Q值”

6、來衡量等離子體的品質(zhì)參數(shù)。勞遜判據(jù)：要達(dá)到能量得失相當(dāng)，要求等離子體密度n與等離子體能量約束時(shí)間的乘積n×τE的最小值約為0.6×1020m-3s，即滿足聚變反應(yīng)物理可行性的最低要求。若QDT=1，則要求n?T乘積達(dá)到2×1021m-3skeV聚變反應(yīng)率隨溫度急劇增加聚變等離子體持續(xù)燃燒需要有足夠的高溫、高密和長時(shí)間的約束，即滿足所謂勞遜判據(jù)?？紤]軔致輻射損失后的勞遜判據(jù)要求nT?E大于3?1021m-3keVs。對于大型托卡馬克裝置溫度T=10keV，離子密度1?1020m-3，得到能量約束時(shí)間要達(dá)3s以上。受控核聚變研究的發(fā)展50’s：建立了最初的小型磁約束裝置60’s：建立

7、了成功的托卡馬克裝置70’s：建立了中型尺寸的托卡馬克80’s：建立了大型的托卡馬克90’s：達(dá)到了聚變功率得失相當(dāng)水平2006：協(xié)議建造國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆ITERITER的典型參數(shù)尺寸：24m（高）30m（直徑）大半徑：6.2m小半徑：2m磁場：5.3T等離子體體積：850m3放電持續(xù)時(shí)間：3000s加熱功率：73MW(I)聚變功率：500MW功率增益Q：10我們離受控聚變成功還有多遠(yuǎn)可自持的受控核聚變反應(yīng)堆使用已有的氘和氚建立等離子體放電，達(dá)到聚變反應(yīng)條件聚變反應(yīng)生成中子、能