在磁鏡中用中性束打固體靶裝置

摘 要：磁鏡是一種比較簡(jiǎn)單的磁約束等離子體進(jìn)行核聚變的裝置，由于磁能有限和泄漏，不能達(dá)到授控核聚變條件__勞森親件，Q>1。但是，它有能約束等離子體的作用，是可取的。中性束的束能可達(dá)280Kev，而且能穿過磁場(chǎng)不現(xiàn)受干擾?？芍苯哟虻骄圩儾牧希―Li，冰凍D）上，進(jìn)行少量直接核聚變反應(yīng)。（反應(yīng)切面小、一、兩巴），同時(shí)通過彈性和非彈性散射將靶材料加熱成等離子體（20Kev），被磁鏡約束。為了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行熱核反應(yīng)，在端部輸入D離子束或中性束等。此裝置比較簡(jiǎn)單，投資較小，操作容易，可作能源和產(chǎn)氚應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：磁鏡；核聚變；椎角；中性束

本裝置是一種應(yīng)用重氫進(jìn)行熱核反應(yīng)的裝置，能連續(xù)加入重氫燃料進(jìn)行連續(xù)、穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)進(jìn)行授控核聚變的裝置。包括中間連通管（1）以及兩端分別所連通的反應(yīng)罐（2）和儲(chǔ)仔罐（3）相連通，三個(gè)罐體是外層不銹鋼殼（4）和鈹內(nèi)殼層（5）之間有儲(chǔ)有重水泠卻液的夾層空間（6）組成；在反應(yīng)罐端口管（7）輸入D離子，儲(chǔ)存罐端口（8）和中間連通管（1）的兩端外面包有磁鏡線圈（9），反應(yīng)罐（2）和儲(chǔ)存罐（3）的外層包有主罐壓縮線圈（10）；在反應(yīng)罐端口（7）附近設(shè)有重氫離子注入管（11），在反應(yīng)罐（2）中間位置設(shè)有中性束粒子注入管（12），在中性束粒子注入管（11）對(duì)面設(shè)有重氫化鋰（DLi）固體靶（13）；在反應(yīng)罐（2）內(nèi)的兩端設(shè)有鎢鋼圈電極（16）。（14）是等離子體，（15）電磁波射入，阻止氚逃逸，增強(qiáng)聚變反應(yīng)，（17）中性氣體室，（18）中性氣體輸入口。本裝置的優(yōu)點(diǎn)：能用調(diào)節(jié)重氫離子或中性束的注入?yún)?shù)控制反應(yīng)強(qiáng)度，安全性更好，并且實(shí)現(xiàn)了連續(xù)加重氫燃料進(jìn)行穩(wěn)態(tài)的熱核反應(yīng)，輸出核能或制氚。

本裝置將分以幾個(gè)方面進(jìn)行表述：1、磁鏡；2、中性束；3、靶；4壁壁層：5、測(cè)試、診斷、控制；6，直接磁流體發(fā)電；7、安全。

1 關(guān)于磁鏡

1.1在縱向磁場(chǎng)柱體中的帶電離子將被封閉在磁鏡內(nèi)

只要，當(dāng)離子運(yùn)動(dòng)方向與磁力線的夾角（錐角）很小時(shí)，粒子就會(huì)逸出腔外。最后，粒子的約束時(shí)間，基本由粒子碰撞時(shí)間來確定。

由于電子運(yùn)動(dòng)速度快，很快在端部集聚，與中部行成電位差，出現(xiàn)超熱電子泄漏，使溫度，密度降低，約束時(shí)間變短。達(dá)不到勞森條件，Q<1。

1.2下面談?wù)勔恍└倪M(jìn)方法

（A）中性氣體箱法是磁鏡外加中性氣體箱，阻止粒子逃逸。用此方法的裝置叫“2X11 B”。得出較好的參數(shù)：密度2 10 14/cm3；離子溫度：1.3Kev；電子溫度：140kev；等離子體比壓2.0。等離子體積：半徑7cm；長(zhǎng)20cm；約束時(shí)間<1ms，Q<1。所用中性束：20Kev，500A，10s。

（B）用串列磁鏡方法，企圖詛止粒子逃逸，同時(shí)，在端部使用了中性束注入、ICRF和ECRF加熱。但其參數(shù)都末達(dá)到2X11B的參數(shù)。

（C）端部斜向D離子注入（280kev，10mA，穩(wěn)態(tài)）.可改變端部的電位差，輸入燃料，可改變粒子與平行磁力線的角度，減小逃逸，從而增加密度和溫度，和約束時(shí)間。

（D）在磁鏡附近裝上交流電極（耐高溫，可泠卻的），粒子在鎢電極作用下，會(huì)來回于腔體，同時(shí)可減小電位差，使平行于磁力線運(yùn)動(dòng)離子與磁力線的夾角增大，減小泄漏，增長(zhǎng)約束時(shí)間。

（E）在出口處裝上射頻發(fā)生器，阻止氚的泄漏，增大氚的密度，增大磁瓶?jī)?nèi)的聚變反應(yīng)率。

2 關(guān)于中性束：先作個(gè)補(bǔ)充說明

關(guān)于“自恃燃燒”，燃燒是很普遍的現(xiàn)象，是人類進(jìn)步的里程碑，也是人們?nèi)粘Ｉ钇毡楹碗x不開的現(xiàn)象。人們?cè)谌粘Ｉ?、生產(chǎn)、科研中有著深刻的認(rèn)知?；瘜W(xué)中認(rèn)為：燃燒是燃料在高溫條件下，發(fā)生發(fā)光、發(fā)熱的化學(xué)反應(yīng)，生成新物質(zhì)。

更徵觀的表述：燃料受熱，成氣體或等離子體，在具有相互碰撞發(fā)生反應(yīng)的能量（運(yùn)動(dòng)速度）時(shí)，而發(fā)生反應(yīng)、發(fā)光、發(fā)熱。發(fā)生碰撞關(guān)系到平均自由程和密度，即碰撞幾率，密度低、反應(yīng)切面小、幾率小、發(fā)生的反應(yīng)少，反之會(huì)更大。

當(dāng)反應(yīng)產(chǎn)生的能量足以加熱燃料到能發(fā)生有效碰撞時(shí)，又有足夠密度，反應(yīng)繼續(xù)，

“自恃反應(yīng)”將實(shí)現(xiàn)。這里有幾個(gè)條件必需具備：（1）燃料的補(bǔ)充；（2）足夠的溫度；（3）足夠的密度。

熱核聚孌的原理也是一樣的，只是要求的反應(yīng)溫度更高（克服核間的斥力），需幾十Kev，密度要求更高（1014/m3粒子），（因反應(yīng)切面只有一到幾巴），又要高溫、又要高密度，在工程技術(shù)上很困難，采用了許多加熱的方法，其中主要是用磁壓縮來滿足以上條件。由于逃逸、輻射很難實(shí)現(xiàn)“自恃反應(yīng)”。

目前的“授控核聚變”也存在“點(diǎn)火”和“穩(wěn)態(tài)”反應(yīng)問題，它的難度遠(yuǎn)高于一般燃燒的難度。

（1）為了達(dá)到高溫，采用了歐姆加熱、磁壓縮、中性束、低混雜波、離子迥旋和電子迥旋波等方法；

（2）為了實(shí)現(xiàn)高密度，采用了靶丸注入和分子束、中性束注入。而靶丸注入和超聲分子束注入會(huì)降低溫度，入射深度也有問題。

具備以上兩個(gè)條件（適當(dāng)?shù)母邷睾兔芏龋┑姆磻?yīng)，一開始、很快就結(jié)束，反應(yīng)時(shí)間很短，即約束時(shí)間很短。因?yàn)榉磻?yīng)物密度降低，粒子逃逸、溫度降低，燃料組份降低。

（3）日本的jt-60由于采取中性束、P離子束注入，較好地滿足了燃料注入，高溫、高密度要求，使Q>1。

下面再談?wù)勚行允?/p>

A.現(xiàn)在大多采用燈絲、永磁電離室或RF射頻波電離室（也有用潘寧源）產(chǎn)生等離子體，在加速

電極作用下、行成正或負(fù)離子流，再通過中性化室，形成高能中性的原子、分子束流。能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)30%，粒子能量可達(dá)10kev以上，流強(qiáng)可達(dá)20A。其能量、流強(qiáng)的范圍很廣，運(yùn)動(dòng)不受磁場(chǎng)影響。具有加熱等離子體和輸入燃料等作用。也是特殊熱處理的工具（材料改性），空戰(zhàn)中，也是一種武器。

B.中性束（280Kev、1mA、1s）進(jìn)入腔體，不受磁場(chǎng)干擾，直接打在靶（LiD或D2），R=2cm，厚0.001cm）上，中性束對(duì)靶可進(jìn)行直接熱核反應(yīng)，并通過彈性和非彈性碰撞、散射，靶很快升華成高能量的離子和電子，被磁場(chǎng)捕獲，形成高能、高密度的等離體，進(jìn)行聚變反應(yīng)。

進(jìn)入磁場(chǎng)的等離子可能形成銷層，出現(xiàn)電位差，椎角處大量損失高能電子、離子，體系減弱至到停止反應(yīng)。這過程以毫秒計(jì)。

另外，在腔體端部斜向（近90度，注入中性束D2（280Kev、0.001A，與軸近90度），或D離子，阻止高能電子逃逸，減小電位差，補(bǔ)充能量，和燃料，增加密度，使反應(yīng)穩(wěn)態(tài)進(jìn)行。

3 靶

靶的頂桿用康銅制成T型，上部園盤半徑2cm、長(zhǎng)約30cm，下部頂在彈璜上、頂桿套在一鋼筒內(nèi)。園盤上放置半徑2cm，厚度0.001cm的固體DLi靶材料。

4 關(guān)于壁層

壁層作成模塊安在腔體內(nèi)壁上，壁層向著等離子體方向的表層由鈹組成，在于對(duì)快中子減速和再與快中子反應(yīng)產(chǎn)生更多中子，能量較低的中子再經(jīng)過重水減速，把能量帶出腔體，這種熱能可用于發(fā)電。灰份輸出可進(jìn)行磁流發(fā)電。作些改進(jìn)，可生產(chǎn)氚。可參考西南核物理研究院設(shè)計(jì)的壁層。

5 關(guān)于測(cè)試和控制

要用等離子體的診斷儀器：測(cè)量溫度、密度、能量，用高速照像機(jī)、硬X射線成像系統(tǒng)，測(cè)等離子的分布，用磁探針測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度等。為了安全，要保證各部件的正常運(yùn)行，還必需從較低參數(shù)入手，摘優(yōu)選摘運(yùn)行參數(shù)，直至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

6 關(guān)于直接發(fā)電

通過椎角逸出的等離子（氦離子、電子等）進(jìn)入強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生遍轉(zhuǎn)，分別打在正、負(fù)極板上、接通外電路，行成電流。這叫磁流體發(fā)電。

7 關(guān)于安全

采用縱深防預(yù)，首先防中子輻射，在腔體外壁要有一鉛層，水泥防護(hù)墻作生物屏蔽。保證所有設(shè)施的安全運(yùn)行。

8 磁鏡線圈用超導(dǎo)線，外加杜瓦罩著

本裝置可輸出能量，加以改進(jìn)，可生產(chǎn)氚。

參考文獻(xiàn)：

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[7]梅鎮(zhèn)岳著.原子核物理學(xué).科學(xué)出版社.

作者簡(jiǎn)介：陳達(dá)遠(yuǎn)，男，中學(xué)教師退休。