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托卡馬克約束和激光慣性約束之間,哪個比較有前途?為什麼?


首先,更正一下概念。

受控熱核聚變能的實現方式主要有兩種——慣性約束核聚變和磁約束核聚變,托卡馬克只是實現磁約束核聚變的一種裝置。

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受控熱核聚變能的實現方式主要有兩種——慣性約束核聚變和磁約束核聚變。

前者利用超高強度的激光在極短的時間內輻照氘氚靶來實現聚變;後者則利用強磁場將氘氚氣體約束在一個特殊的磁容器中並加熱至數億攝氏度高溫來實現聚變反應[1].

其中,托卡馬克(Tokamak)裝置是實現磁約束核聚變反應的一個非常有前途的方法,而超導托卡馬克使磁約束位形能連續穩態運行,是公認的探索和解決未來聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑[2-3].

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談及這兩種約束方式哪個更有前途,需要分別分析其優缺點:

磁約束核聚變的設備比較大,但反應持續性能好,不需要反覆點火,但其缺點在於開、關火性能不佳,靈活度不夠,而且維持強磁場所需的電能成本也不低。

慣性約束核聚變的好處在於設備可以做小,而且開、關火控制性能也比較好,但其缺點是需要消耗大量能源產生激光用來點火,而且燃料靶丸製造成本也很難降下來。

此外,磁約束核聚變適合作為核電站、大型船舶的供電系統;而 慣性約束核聚變適合在未來用于飛行器等領域。

所以, 慣性約束核聚變和磁約束核聚變各有優劣,各有千秋。

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目前,兩種約束方式的核聚變在世界範圍內均有研究, 相比而言,研究人員更熱衷於磁約束核聚變。

(1)慣性約束

美國國家點火裝置釋出能量超過燃料吸收能量

Herrmann M. Plasma physics: A promising advance in nuclear fusion[J]. Nature, 2014.

http://www.nature.com/nature/journal/v506/n7488/full/nature13057.html

(2)磁約束

中國「人造小太陽」EAST (Experimental Advanced SuperconductingTokamak)

Li J, Guo H Y, Wan B N, et al. A long-pulse high-confinement plasma regime in the Experimental Advanced Superconducting Tokamak[J]. Nature Physics, 2013.

http://www.nature.com/nphys/journal/v9/n12/full/nphys2795.html

Magnetically confined plasma: Fusions Eastern promise?[J]. Nature Physics, 2013.

http://www.nature.com/nphys/journal/v9/n12/full/nphys2825.html

ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor-ITER)

ITER - the way to new energy

By 混跡於核聚變領域的電氣工程小混混-.-

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參考文獻:

[1]Hagler M O, Kristiansen M. Introduction to controlled thermonuclear fusion[J]. 1977.

[2] 李建剛, 趙君煜, 彭子龍. 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置[J]. 中國科學院院刊, 2008, 23(5): 474-477.

[3] 丁逸驍, 朱銀鋒. 超導托卡馬克工程研究概況[J]. 低溫與超導, 2011, 39(8): 36-41.


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