第四篇核聚变高温等离子体应用.ppt

原理: 在适当条件下, 利用电子碰撞激发和能量转移激发等,气体分子 有选择地被激发到某高能级上, 从而形成与某低能级的粒子数反转, 产生受激发射跃迁. 准分子激光是指受到电子束激发的惰性气体与卤素元素结合的混合气 体形成的分子向其基态跃迁时发射所产生的激光. 利用准分子的束搏高能态和弱束搏的基态之间受激发射的激光器.由于 其基态寿命极短,可实现高效率和高平均功率. KrF 准分子激光器是准分子激光器一种. 属于冷激光,无热效应,方向性强,波长纯度高,输出功率大的脉冲激光. 之所以称为准分子,因为它不是稳定的分子. 常用强电子束或快速脉冲放电来实现激励,当受激态准分子的不稳定分子键 断裂而离解成基态原子时,受激态的能量以激光辐射形式放出. 商用第一台准分子激光器: 1979年德国. 广泛应用: 分离同位素,医学, 光通讯,激光武器….. 准分子激光器,光子能量波长范围157-353纳米,寿命几十毫微秒.属于紫外光. 具有良好聚焦性能. 备注: 卤族元素如F,CL,Br(溴),碘i. 都有氧化性。 快点火方案: 可以是直接或间接驱动,在聚变燃料被均匀压缩到最大密度时,将 一束超短脉冲强激光聚焦在靶丸表面,在靶丸表面等离子体的临界密 度面上”打洞”,并将临界密度面压向靶心,在这过程中,产生大量高能量 的超热电子,穿过临界密度面,射入高密度核,实现快速点火. 中国神光计划1980 -2030年从神光1号,2号到3号,中国工程物理研究院(绵阳) 核聚变技术推动了一系列科学技术的发展.在航天,国防工业上潜在应用 价值.如大功率激光器,大功率微波,强流粒子束,低温超导….. 常温聚变试验:(附) 1989年3月英国教授弗莱希曼和美国教授庞斯宣布:他们 应用电化学技术实现室温核聚变. 实验很简单,但重复性差: 在15厘米高试管中,装满含有氘的重水(D2O ) 27度。 试管外部绝缘,里面放置铂阳极和钯阴极.两电极间加 电流.放出大量热,释放出的能量为输入能量4倍.同时, 发现氚和中子数量增加. ****************************************************************** 加速新能源开发势在必行： 目前，煤炭约占化石燃料的80%，长距离运输制约了 经济发展。能源资源短缺和生态环境日益恶化，将是 未来社会的实际问题。 第四章:核聚变 高温等离子体应用 核能 氢弹-无控核聚变 受控核反应堆 核聚变优点,原理 等离子体中的电流 磁控的概念 不稳定性 惯性约束的概念 可能性 及世界合作 核能是20世纪人类的一项伟大发现. 1938年德国科学家用中子轰击铀原子核,首先发现核裂变现象. 核裂变链式反应: 当中子撞击铀原子核,一个铀原子核吸收一个中子 而分裂成两个较轻的原子核,同时发生质能转换,放出能量.并产生 2-3个中子. 核聚变:从太阳能源 获得启发.用氢的同位素:氘和氚的聚合反应 生成氦核并放出一个高能中子. 质能转换放出更大能量. 1919年首先证实了轻元素以足够大能量碰撞引起核反应现象. 核能(原子能) :是在原子核发生变化的过程中释放出来的能量. 太阳能:就是原子核发生变化,在高温,高密度气体完全电离的等离子体条件下, 轻 原子核聚合成较重原子核而释放的能量,即 氢原子=氦原子.称为核聚变. 爱因斯坦的质能守恒公式(非相对论) E = MC2 从理论上解决了质量和能量转 换关系. 原子及原子核:高中物理的内容. 原子由原子核及围绕其运动的电子组成.原子核带正电,电子带负电荷. 电子按一定轨道围绕原子核运动. 正点荷与负电荷相等,原子不带电. 原子核通常由质子和中子组成.化学元素表按质子数排序. 质子带正电,中子不带电,质量相同.一个质子就是一个氢原子核. 如铝的原子核内,包括13个质子,14个中子,它的质量数是27.电子数13. 电子按一定层次排列. 原子核的结合能: 原子核的半径很小,质子带正电荷.同类电荷粒子的库仑斥力很大. 但通常原子核是稳定的.什么原因使核子结合在一起成为原子核? 答案:除了库仑斥力外, 还有另一种更强的力把各核子紧拉在一起.称之为 核力。正在研究中。 核力只在很小距离内起作用,超过距离很快减小到0 . 质子和中子的半 径约　0.8×１０￣１５　米，每个核子只跟它相邻的核子间才有核力的作用。 结合能：要把原子核拆散成核子，需要克服核力做功。即需要巨大能量。而相反的过程－再结合过程，则放出巨大能量。 定义：　核子结合成原子核时要放出一定的能量，原子核分解成核子 （质子或中子）时克服核力要吸收同样多的能量，这个能量叫 做原子的结合能