核聚变

编号：建议27795号 建议主题：核聚变 建议类别：科教类 建议人： 何方圆 政治面貌：群众 提交时间：2012-11-07 13:55:37 内容：脉冲磁约束与核聚变 脉冲磁约束分为自磁约束与脉冲感应磁约束。 自磁约束与核聚变 背景技术：电磁学、气体力学和热核聚变 附图说明：图1是电弧的电磁力原理图，图中（1）是电弧柱体，（2）电弧的电流I方向，（3）是电弧电流I产生的磁力线，（4）是电弧产生的内聚力。图2是核聚变模型之一，（5）是保护壳，（6）是电极，（7）是电容，（9）激光设备，（10）核聚变材料。图3是核聚变模型之二， （5）是保护壳，（6）是电极，（7）是电容，（8）是电容，（10）核聚变材料做的电极。  电弧的电磁力与物理学模型 　　　空气被电离击穿后，就会产生电弧，电弧中流过电流时，就有相应的电磁力，如图1所示，（1）是电弧柱，（2）是电流方向，（3）是电流（2）产生的闭合磁力线，右手螺旋定测可确定。再用左手定测可确定电弧还会有力（4）存在，力指向圆心，使电弧产生内聚力。 　　　电流产生的磁场强度（3）B=μI ，μ是磁导率，I是电流，B是磁感应强度。空气和真空中的磁导率μ=4π×10-7。 　　　电弧的电磁力（4）F=BIL，L是长度单位，现取单位长1来分析，以下都采用单位长度，F=BI。将公式B=μI插入F=BI得F=μI2。可见电弧的电磁力（4）F与电流的平方成正比。 　　　例：I=4×107A，（4）F=4π×10-7×（4×107）2，计算得F=2×109N/m2，约为2万个大气压力。 　　　以上所述的是电弧的自磁约束力，这些是现有技术很容易达到的。 　　　电弧的温度与电流的大小和通电时间有关，与气体的比热有关。同时也与气体的绝热压缩有关。 　　　气体的比热值是1KJ/KG，将需放电的电量储存在电容中，如果电容容量C取1000UF，电压U取106V，放电时间小1/1000秒，那么，电容次放电的能量是W=CU2/2，计算得W=5×108J，可将5克气体加热到上亿度。 　　　根据气体的热力学方程式：P1V1/T1=P2V2/T2，气体可以达到更高的温度。 　　　综上所述，在强电流产生的等离子气体中，可以产生高温高压，存在热核聚变所需的苛刻条件。 核聚变模型 　　　核聚变模型之一 　　　如图2所示，将核变材料（10）放在电极（6）之间，给电容（7）充上高电压，然后，用激光（9）照射核聚变材料（10）如氘化锂，使其在瞬间产生一定的高温气化并电离，电离后的气体是导体，此时，两电极（6）之间被击穿导通，产生极大的脉冲电流，使气体产生核聚变所需的高温高压。 　　　脉冲电流大小的讨论：如果电流I=4×107A，电极导电面积是106mm2，电极的电流密度4×107A/106mm2=40A/mm2，这样的电流密度不算高，这时，电弧产生的内聚力（4）F=2×109N/m2，电弧产生的内部压强约2万个大气压，电极需要承受的压力约为2万个大气压，同时，电流流过电极时也会使电极产生内聚力，使电极材料的承受能力加强，现在的工业基础，已经能生产出这种高强度的材料。材料承受高温的能力：目前，确实没有任何一种固体材料可以承受几亿度的高温，但这种高温的承受时间很短，产生的效果与极光切割相似，瞬间高温会使电极材料表面气化，深度有限，即电极材料会被瞬间高温的电弧烧掉一小段。当然也可以采用一次性的电极材料解决。 　　　核聚变模型之二 　　　如图3所示，将核变材料（10）做成电极放在电极（6）之间，给电容（7）充上高电压，电极（10）与电容（8）连接，给电容（8）充电，当电容的达到一定电压时，电极（10）被击穿，因电极（10）是核聚变材料如氘化锂，它会在瞬间产生一定的高温气化并电离，电离后的气体是导体，此时，两电极（6）之间被击穿导通，产生极大的脉冲电流，使气体产生核聚变所需的高温高压。 　　　脉冲电流大小的讨论：电极（10）是核聚变材料，是一次性的，需要它在瞬间气化成等离子体。如果电流I=4×107A，电极（6）导电面积是106mm2，电极（6）的电流密度4×107A/106mm2=40A/mm2，这样的电流密度不算高，这时，电弧产生的内聚力（4）F=2×109N/m2，电弧产生的内部压强约2万个大气压，电极（6）需要承受的压力约为2万个大气压，同时，电流流过电极时也会使电极产生内聚力，使电极材料的承受能力加强，现在的工业基础，已经能生产出这种高强度的材料。材料承受高温的能力：目前，确实没有任何一种固体材料可以承受几亿度的高温，但这种高温的承受时间很短，产生的效果与极光切割相似，瞬间高温会使电极材料表面气化，深度有限，即电极材料会被瞬间高温的电弧烧掉一小段。当然也可以采用一次性的电极材料解决。 　　　一次核聚变所需消耗的能量为108--109J，如果每次燃烧掉不小于含氘20克的核燃料，就可以产生1012以上的能量，能量的产出远大于输入。 　　　综上所述，电弧产生的自磁约束用于热核聚变是可行的，它能产生核聚变所需的高温高压，这也是氢弹核聚变的条件，采用一次性的电极材料的情况下，可以采用更大的电流，产生更高的温度与压力，使氘--氘，氘--氚，氘--氦热核聚变都成为可能。 可控核聚变 　　　采用电弧等到离子体的自磁约束产生的高温高压产生的核聚变是可以控制的，我们只需要控制每次聚变所需的核燃料就可以了。据有关资料介绍，18克氘聚变产生的能量等于30000升汽油燃烧所放出的能量。它可以运用在如下方面： 　　　可控核聚变电站，将核聚变的热量输出保护壳，驱动汽轮发电机组发电，同时，也可以给城市供热。这所有过程都没有碳排放。 　　　给航空母舰提供动力，取代现在的核动力航母。 　　　可做出动力强大的发动机，建造宇宙飞船或空中母舰，用空中母舰代替航母。 不可控核聚变 　　　不可控核聚变主要是武器用途，它运用比可控核聚变简单，电极可用完全一次性的，核燃料可多可少。因此，弹头可以做得非常小。 　　　直接做氢弹，可以小型化。 　　　做氘--氦弹，核爆炸后无核污染，威力强大，无坚不摧，轻松炸掉敌人的航母。 　　　做核聚变等离子体弹，核弹头的电极的负极做脆弱一些，在核聚变发生时，负极被烧毁，产生的高温等离子体从负极一端高速喷出，相当于等离子炮，摧毁敌人目标，它可以不用靠近敌人目标而摧毁它。或者用它摧毁敌人来袭击的任何导弹。 自然现象的解释 　　　如果有一次超级雷电，闪电电流达到107A以上，会产生什么样的效果呢？答案是通古斯大爆炸。通古斯大爆炸的破坏力相当于1500--2000万吨TNT炸药的威力。它留下的证据有： 　　　爆炸中心受破坏，树木直立而没有倒下。 　　　爆炸中人畜死亡，是核辐射烧伤造成的。 　　　爆炸产生的蘑菇云形状相同，只是通古斯的要大得多。 　　　发生前有罕见的异常天气现象。 　　　前一天晚上，莫斯科等城市上空均出现极亮的闪电。 　　　土地磁化。 　　　一切证据表明，它是一次超级闪电引起的核聚变，空气中的水蒸汽中的氘--氘聚变。 　　　木星和土星放出的能量远大于吸收的能量，也可能是它们大气中的氘在超级闪电的激发下产生的核聚变引起的能量释放，在那样的星球上，这不会是什么稀有的自然现象。 　　　 脉冲感应磁约束与核聚变  背景技术：电磁学、气体力学和热核聚变 附图说明：图是电弧的电磁力原理图，图中（1）线圈（1）及电流方向，（2）是线圈（1）产生的磁场方向，（3）等离子体感应电流的方向，（4）是等离子体产生的内聚力。（5）是另一线圈及线圈的电流方向 。  脉冲电磁力与物理学模型 　　　图中，当一股高温氘锂等离子体从上往下通过线圈（1）时，往线圈（1）中通入脉冲电流（1），产生的感应磁场（2），同时会在等离子体中产生感应电流（3），与线圈（1）中的电流大小相等，方向相反，由左手定测可知，等离子体中感应电流（3）产生的电磁力（4），方向指向圆心，使等离子体产生内聚力。在内聚力的作用下，使等离子体绝热压缩，产生上亿度的高温并产生极大压力，使高温高压的等离子体在瞬间产生热核聚变，当线圈（1）中的电流快到最大值时，内聚力开始减小，等离子体开始膨胀，此时，核聚变完成，线圈（5）导通，产生另一脉冲磁场，将聚变完成的等离子体向磁场方向抛出。这样，等离子体在脉冲磁场约束下不与固体物质接触，不会烧伤固体物质。 　　　电流（1）产生的磁场强度（3）B=μI ，μ是磁导率，I是电流，B是磁感应强度。空气和真空中的磁导率μ=4π×10-7。 　　　等离子体的电磁力（4）F=BIL，L是长度单位，现取单位长1来分析，以下都采用单位长度，F=BI。将公式B=μI插入F=BI得F=μI2。可见等离子体的电磁力（4）F与电流的平方成正比。 　　　例：I=4×107A，（4）F=4π×10-7×（4×107）2，计算得F=2×109N/m2，约为2万个大气压力。使等离子体产生高温高压，在瞬间产生核聚变。 　　　以上所述的是脉冲电磁力产生的磁约束力，这些是现有技术很容易达到的。电磁线圈中只通过脉冲电流，通电时间短，可以采用普通导体，并且不需要冷却。只需要足够的电磁强度，只要强度够高，就可以让它产生足够大的磁场。 　　　核聚变等离子体的温度与等离子体的初始温度有关，与电流（1）的大小和通电时间有关，同时也与高温等离子体的绝热压缩有关。 　　　综上所述，在一定强度的脉冲磁场中，等离子体可以产生高温高压，存在热核聚变所需的苛刻条件。 　　　  　　　一次核聚变所需消耗的能量为108--109J，如果每次燃烧掉不小于含氘20克的核燃料，那么，就可以产生1012 J以上的能量，能量的产出远大于输入。 　　　综上所述，脉冲磁约束用于热核聚变是可行的，它能产生核聚变所需的高温高压，这也是氢弹核聚变的条件，使氘--氘，氘--氚，氘--氦热核聚变都成为可能。 可控核聚变 　　　采用脉冲磁约束等离子体产生的高温高压产生的核聚变是可以控制的，我们只需要控制每次聚变所需的核燃料就可以了。据有关资料介绍，18克氘聚变产生的能量等于30000升汽油燃烧所放出的能量。它可以运用在如下方面： 　　　可控核聚变电站，将核聚变的热量输出，驱动汽轮发电机组发电，同时，也可以给城市供热。这所有过程都没有碳排放。 　　　给航空母舰提供动力，取代现在的核动力航母。 　　　可做出动力强大的发动机，建造宇宙飞船或空中母舰，用空中母舰代替航母。同时，这也是宇宙飞船或空中母舰的发动机模型，使完成聚变的等离子体向后抛出爆炸产生的反冲力作为动力。 不可控核聚变 　　　不可控核聚变主要是武器用途，它运用比可控核聚变简单，电磁线圈（1）可用完全一次性的，取消电磁线圈（5），核燃料可多可少。因此，弹头可以做得非常小。 　　　直接做氢弹，可以小型化。 　　　做氘--氦弹，核爆炸后无核污染，威力强大，无坚不摧，轻松炸掉敌人的航母。 　　　做核聚变等离子体弹，核弹头在核聚变时产生的高温等离子体从场方向一端高速喷出，相当于等离子炮，摧毁敌人目标，它可以不用靠近敌人目标而摧毁它。或者用它摧毁敌人来袭击的任何导弹。 　　　综上所述，脉冲磁约束核聚变切实可行，并且用途广泛。