文章图片
利用核聚变作为能源 ， 有望解决全球能源危机与气候变暖这两大问题 。 不过 ， 可控核聚变仍然是一个难以实现的梦想 。 当两个轻原子核聚集在一起形成一个更重的原子核时 ， 能量就会被释放出来 ， 这是太阳及许多
事实上 ， 如果没有量子力学 ， 为了克服原子核之间的静电斥力 ， 温度必须达到10亿摄氏度 。 但是 ， 由于量子隧穿效应的存在 ， 原子核在能量不足的情况下也存在克服电感势垒的非零可能性 。 于是 ， 核聚变的温度可以下降到1.5亿摄氏度 。 然而 ， 还是没有材料能承受如此高温 ， 为了从核聚变中持续产生能量 ， 需要找到一种长时间限制高温等离子体的方法 。
大多数聚变反应堆使用磁场来限制等离子体的运动范围 ， 其中两个主要的结构是托卡马克和仿星器 。 他们的主要思路是 ， 利用整体的环形几何结构 ， 创造一个带有封闭场线的系统 ， 带电粒子可以沿着这些场线无休止地循环 。 然而 ， 尽管大部分带电粒子都是沿着这些磁力线运动的 ， 但它们仍然可以漂移和逃逸 。 此外 ， 正离子和电子向不同的方向漂移 ， 这导致电荷分离 ， 并随之产生一个电场 ， 将带电粒子推离磁场线 。
解决这个问题的一种方法是应用“场线旋转变换” ， 这是一种磁场构型 ， 在这种构型中 ， 磁场线沿环面向极方向扭曲 ， 形成磁面 。 将带电粒子的运动限制在这些表面上 ， 就抑制了在系统中建立电场的可能性 。 用于产生场线旋转变换的方法是托卡马克和仿星器概念之间的主要区别 。
在托卡马克装置中 ， 磁场线旋转变换是通过使环面环绕变压器的一侧而产生的 ， 从而在等离子体中产生环面电流 。 这种设计的一个重要的优点是 ， 它的简单几何结构导致磁场的幅值和矢量都是环面对称的 。 这种对称性通过促进“粒子运动不变性”改善了长期的约束 ， 于是粒子沿着封闭的轨道运行 ， 这些轨道与它们各自嵌套的磁性表面没有太大的偏离 。 该设计的缺点是它需要直接的环形等离子体电流而不是交流电流 。 然而 ， 需要不断增加的电流来在等离子体环中产生直流电 。 由于无法维持这种持续增加的电流 ， 因此从第一天开始就意识到托卡马克中感应电流的饱和将对长期等离子体限制提出挑战 。
仿星器通过一系列扭曲的线圈产生
【托卡马克和仿星器的主要区别】
推荐阅读
- 太阳正以每秒400万吨的速度损失质量，地球会由此远离太阳吗
- 微波技术在许多的量子平台上无处不在，并且可以精确控制和读出量子态
- 什么是磁层，在哪里？
- 通过一些自然现象，可以预知冬季的气候
- 大熊猫告诉你：吃素为啥也能胖？吃草的牛也能长肌肉
- 猛兽侠：急先锋打败狂飙后，为何要毁掉其火种，交给黑猩猩不行吗
- 支持偶极和高阶等离子体模式的纳米桥菱形天线
- 人类还能存在多久？科学家通过公式计算得出：2779年人类或会消失
- 假设200公斤的螳螂，和200公斤的老虎打一场，谁会更厉害一些？