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突破受控核聚变的新方案

当今受控核聚变点火,是先将氘\氚加热到上亿高温。但实际上,在如此极端高的温度下,氘\氚的密度将变得极其稀薄!而太过于稀薄的密度仅凭Tokamak的强大磁场根本不足以引发氘\氚有效、可靠地聚变点火,同样也极其难以维持后续的自持燃烧。并且,还会带来一系列的弊病:付出极其巨大的加热代价,效率低下因为加热的同时,氘\氚等离子体也在一刻不停地向外放热;对磁约束的磁场强度要求极高,磁场构造也异常复杂,计算建模极端困难,结果却极其难以维持等离子体状态的稳定性;极大地增加了受控核聚变反应稳定可靠、持久运行的难度!所以,将氘\氚预先加热到上亿高温,实现核聚变点火和自持燃烧,单纯走高温路线是极端困难的!!!

本方案认为“密度”才是贯穿于受控核聚变始终最根本、最绝决的因素,整个聚变反应过程分为以下三个阶段:

第一阶段------使用强大而致密的高能X射线,首先仅仅对低温、高密度液态氘\氚(-253℃)细丝状环形体的其中一点进行聚焦“冷”压缩聚变点火

要实现氘\氚核聚变稳定、可靠地点火,极高的密度才是首要和核心的先决条件!这一点极其极其重要!!!所以,与预先将氘\氚加热到上亿高温恰恰截然相反------首先是将低温、高密度的液态氘\氚(-253℃)燃料外加以负电荷,然后再通过静电场加速的办法高速注入到托卡马克(Tokamak)中,因为本身带有负电荷,所以会被非常稳定地约束在整个Tokamak极其强大的环形磁场当中,最终形成了一个极细极细的细丝状环形体,细丝的截面直径仅仅只有几纳米。这时整个液态氘\氚燃料细丝状环形体的密度非常高,且状态异常稳定!这一点极其重要:因为这为有效、可靠地聚变点火和后续全部氘\氚参与自持燃烧均创造了极为优异的必要条件!然后再由强大而致密的高能X射线聚焦,仅仅对环形体其中一个极小的点,集中进行极其剧烈地“冷”压缩,致使该点的液态氘\氚在几皮秒之内达到极高的密度并急剧升温,于是率先发生了核聚变反应,也就是实现了氘\氚有效、可靠的聚变点火!这相当于首先点燃了火柴头。实际上,因为仅仅只对液态氘\氚环形体一个极小的点进行聚焦压缩,所以对高能X射线的功率要求也并不是太高。

第二阶段------聚变点火产生的高温“火头”,逐次剧烈引燃Tokamak环形强磁场中整个的低温、高密度液态氘\氚(-253℃)燃料细丝状环形体

由“冷”压缩点率先聚变点火所产生的上亿高温的“火头”,具备了足够量的热量密度与高能中子密度,再去逐次剧烈引燃相邻的低温、高密度液态氘\氚燃料(-253℃)。由于整个等待引燃的液态氘\氚环形体密度非常高,并且状态异常稳定,因此为全部氘\氚实现急速、剧烈地自持燃烧创造了极为优异的必要条件!所以整个Tokamak环形强磁场中液态氘\氚燃料(-253℃)细丝状环形体全部实现核聚变点火仅仅需要几百微秒时间。这相当于火柴头产生的高温“火头”,再逐次引燃整个干燥、密实的火柴杆

第三阶段------温度急剧升高,等离子体的整体密度下降到极低,核聚变进入到平和、稳定的反应平衡状态,并维持缓慢、持久地自持燃烧

因为原先液态氘\氚燃料细丝状环形体的整体密度就非常高,所以当全部氘\氚实现核聚变点火之后,加上Tokamak环形强磁场极其强大的磁约束作用,所以依然会在这个很小的环形空间内产生并维持足够的热量密度与高能中子密度,这一点极其极其重要!!!因为这为后续引发足够量的锂-6和氘燃料持续参与聚变链式反应,同样创造了极为优异的必要条件!这时温度已经上升到了上亿,致使等离子体的整体密度下降到了极低,但由于Tokamak环形强磁场极其强大的磁约束作用,仍然维系在一定的低密度水平。因此,核聚变链式反应的速度也就变得相对地缓慢,进入到了一个平和、稳定的反应平衡状态,并且维持缓慢、持久地自持燃烧,长期稳定地释放出巨大的能量。

强大而致密的高能X射线的产生方法

那么,怎样才能获得强大而致密的高能X射线呢?实际上,不光是核裂变反应能够产生强大的X射线,非裂变的中子核反应,例如:( n,2n )、( n ,3n)中子核反应和中子辐射俘获( n,γ ),同样也可以获得高能X射线。只不过得先将非裂变中子核反应所释放出来的强大而致密的高能γ射线,透射过玻色-爱因斯坦凝聚态物质如-271以下的液态氦-4。因为在深冷状态下,围绕着玻色-爱因斯坦凝聚态物质原子核旋转的电子,将急剧塌缩到核周围极小的空间范围内,因此会受到原子核此处超强库仑场的作用,致使电子的结合能变得异常强大也就是说,此时原子的电子壳层直径塌缩至极小,却极其地“强韧”。那么当非裂变中子核反应所产生的高能γ射线通过玻色-爱因斯坦凝聚态物质时,内层电子吸收高能γ射线的能量发生跃迁,但却由于异常强大的电子结合能而难以完全摆脱原子核的束缚,同时又具有极其强烈地回归低能级轨道的趋势而当高能级的电子跃迁回去填补空位时,即释放出高能X射线,这样,这一过程持续不断地循环进行,即可将高能γ射线源源不断地转化成为高能X射线。所以,该过程也可以看作是非裂变中子核反应所产生的强大而致密的高能γ射线,通过玻色-爱因斯坦凝聚态物质而“置换”出了高能X射线。

综上所述,“密度”才是贯穿于受控核聚变自始至终最根本、最绝决的因素!!!而不仅仅是高温!通过非裂变中子核反应释放高能γ射线透射过玻色-爱因斯坦凝聚态物质如-271以下的液态氦-4,产生强大而致密的高能X射线,对低温、高密度的液态氘\氚(-253℃)进行聚焦“冷”压缩,实现有效、可靠地聚变点火!则是开启受控核聚变的一把钥匙。

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穆骞

2016.1.1.

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