怎样才容易实现可控核聚变
2009-05-30 12:39:05
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怎样才容易实现可控核聚变

作者 苟文俭

核聚变是指由质量小的原子(主要是指氢),发生原子核相互聚合、伴随着巨大能量释放的一种核反应

核聚变不仅可以释放出巨大能量,所需原料可以从海水中提取,存量无限,而且又不会产生污染环境的放射性物质,反应可在稀薄的气体中进行,因此也非常安全干净。

实现受控核聚变,对解决人类生存危机有着极其诱人的前景。

(一)

通常认为,核聚变是通过核之间的相互碰撞实现的;这就要求核的密度要大,但这样又会在核之间形成巨大的电斥力,从而使核的对撞反应截面极小。如将加速氘核打碰撞,两束加速氘核对撞会由于多次库仑散射,累积的偏转截面约为5×10-22cm2,而聚变反应截面积只有10-26cm2,从而使聚变的概率仅约为百万分之一。因此按通常的做法,世界上的核聚变都需要能量输入极大、温度极高的复杂技术条件。

上述条件下实现的核聚变,习惯上也称是热核聚变。

目前实现热核聚变已有不少方法。最早的著名方法是“托卡马克”型磁场约束法。它是利用通过强大电流所产生的强大磁场,把等离子体约束在很小范围内以实现其热核聚变。虽然在实验室条件下已接近于成功,但要达到工业应用还差得远。

1994年底,我国建成了第一台超导核聚变实验装置超导托卡马克(即HT-7),1995年初正式投入物理实验,主要目标是研究准稳态高温等离子体特性和托卡马克稳态运行技术。至去年3月份,从HT-7已获得了长达400秒的高温等离子体放电,电子温度超过1000万度,中心密度0.5×1019/立方米,是国际同类装置中时间最长的高温等离子体放电。

美、法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆(ITER)计划,目的是建立世界第一个受控热核聚变实验反应堆。由于这一过程与太阳产生能量的过程类似,因此也被俗称它为“人造太阳”。

  我国于2003年加入ITER计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位,该工程总经理万元熙教授去年说:虽然“人造太阳”的奇观在实验室中初现,但离真正的商业运行还有相当长的距离,它所发出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中;他预测,根据目前世界各国的研究状况,要实现这一梦想,最快可能会在30至50年后。

由上所述,通过热核聚变实现可控核聚变,非常的艰难。

(二)

构成可控热核聚变耗资如此巨大、工程技术如此复杂困难的根本原因,源于基础理论上我们不明白质子与中子是怎样构成的,不知道电荷是什么,因此就只能把轻核作为整体、通过高能碰撞使之发生聚变。如果我们明白了质子与中子是怎样构成的,知道了电荷是什么,我们就有可能创造条件,通过改变质子的带电性,在粒子反应中通过直接把质子转变成中子,以此来实现质子之间的聚合。该核反也就是在粒子反应中、通过改变粒子结构使聚变发生。显然,该核反应的关键,就是要保证有一定的粒子密度,这又只需要通过降低粒子温度就可以实现,又由于粒子反应可以通过粒子衰变自发进行,因此对由上述条件实现的核聚变,作者也就称是粒子反应冷核聚变。

(三)

在作者新著《粒子及其质量计算》(以下也称为“该书”)表述的I-V模型中,对原子核存在及核子间相互作用有如下一些重要结论:

1、用电子打击多核子原子核,从原子核飞出的是中子而不是质子(见该书323页)。

2、中子与质子的组成存在相比,中子多了一个带负电的壳层Hdtr(见该书230页);在原子核存在中,质子与中子也通过共用Hdtr实现了相互组织(见该书322页)。对重轻子μ-,它在衰变中也有带负电的壳层Hdtr释放(见该书368页)。

3、当一定数量的慢电子及重轻子μ- 进入氢原子核聚集区域并保持在该区域时,如果粒子密度达到相互之间有较多机会直接接触时:(1)由于电子与核子内部的次强作用场手性相反,将对氢核直接发生聚变反应起催化作用(见该书246页);(2)在重轻子μ-的衰变中,若一个质子俘获了μ- 衰变释放的Hdtr就转变成了中子;若两质子共同俘获了μ- 衰变释放的Hdtr就会相互组织起来,在μ- 衰变中也就发生了氢核聚变。即μ- 衰变对氢核聚变有增强的作用(见该书495页)。

上述条件发生的氢核聚变,也就是作者所称的粒子反应冷核聚变;如果通过控制μ-及电子数量或能量、或氢核密度,就还可以有效控制这样的核聚变,从而形成可控冷核聚变。对此作者已在《科学中国人》2009年第一期、发表了《用粒子反应实现可控冷核聚变》的文章。该文章公布这种可控冷核聚变的设计原理图,并做了较具体的说明。

按照作者的粒子反应冷核聚变方案,核聚变完全不需要有ITER计划那么高的投入,也不需要化费人类社会太多的人力资源活,要可控制进行商业运行,需要3至5年就完全有可能实现。因此,通过重轻子μ- 的衰变实现可控的泠核聚变,将很方便很容易。

作者曾在搏客中发文承诺:凡愿意对上述粒子反应可控冷核聚变投资的个人,可组成专门科研生产投资团队,对这种冷核聚变包含的特别重大的效益,由该科研生产投资团队的投资者与笔者个人共享。

期盼一切愿意投资粒子反应可控冷核聚变的国家有关政府部门、公营私营企业、或有财力的个人携起手来,共同完成对人类社会生产、以及人类社会发展有着极其重大的深远影响的这一伟大事业。

完成于2009-5-27

附注:1、《科学中国人》发表的《用粒子反应实现可控制的冷核聚变》一文中,使用的符号有两处错误:

(1)在粒子结构的负电壳层Hdtr中,dtr应是H的下标,对此该杂志刊载该文时没有表示出来。

(2)μ子型中微子用νμ表示,重轻子μ- 进入氢原子核聚集区域、参与核聚变的粒子反应是:p + μ- n + νμ。该杂志刊载该文时,遗漏了中微子的表示符号νμ

2、《用粒子反应实现可控制的冷核聚变》一文也已发表于个人搏客,有兴趣阅读该文的网友也可登录作者个人的实名搏客。

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