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《慣性約束聚變的高分辨x射線成像分析》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、第一章引言1．1聚變研究簡介第一章引言能源是人類賴以生存和發(fā)展的最基本的要素，是社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，人們廣泛使用的能源是石油、煤和天然氣等化石能源。這些化石能源是自然界中的植物和動(dòng)物經(jīng)過數(shù)百萬年演變形成的，都是不可再生的。自從進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)以來，人類對(duì)能源的消耗在極速上升。截止到上世紀(jì)末，地球上幾乎50％的化石能源已經(jīng)被人類消耗。據(jù)聯(lián)合國相關(guān)部門的估測，如果按照人類目前消耗能源的速度來計(jì)算，地球上目前的煤儲(chǔ)存量能再供使用240年，天然氣66年，石油43年。不僅如此，這些化石能源的使用與開發(fā)，已經(jīng)給地球大氣帶來了嚴(yán)重的污染，并對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重
2、的破壞。在這樣嚴(yán)峻的形勢下，人們開始對(duì)新能源進(jìn)行積極的探索。目前正在被開發(fā)和使用的風(fēng)能、太陽能等新型能源雖然可以再生，但無法滿足人類日益增長的能源需求，在化石能源被消耗盡以前，無法成為解決能源危機(jī)的主要途徑。核裂能變雖然效益可觀，但裂變反應(yīng)堆所需的核燃料在地球上的儲(chǔ)藏非常有限，而且裂變反應(yīng)的過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的輻射，產(chǎn)生的核廢料也很難處理。102Ol5lO2050100150200250massnumberA圖1．1各種原子核的結(jié)合能【lJ。輕核聚變和重核裂變都會(huì)釋放出能量，單位質(zhì)量輕核聚變釋放出的能量要比重核裂變釋放出能量大得多1952年，世界上第一顆氫彈在美國的
3、一個(gè)島上爆炸成功。氫彈的爆炸成功讓人類看到了核聚變所蘊(yùn)含的巨大能量，人類的目光開始投向了可控核聚變。就相第一章引言同質(zhì)量而言，核聚變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量比核裂變反應(yīng)所產(chǎn)生的能量多得多，如圖Il所示。地球上核聚變?nèi)剂系奶N(yùn)藏遠(yuǎn)比核裂變能燃料豐富。據(jù)估算，每千克海水中含有30毫克的氘，地球上的海水中氘的儲(chǔ)藏量約為4．5×10”噸。1干克海水中的氘如果全部都發(fā)生核聚變反應(yīng)，釋放出的能量與300升汽油燃燒相當(dāng)。如果地球上海水中含有的氘全部發(fā)生聚變反應(yīng)，所產(chǎn)生的能量，按照目前人類對(duì)能源消耗的速度來計(jì)算，足夠使用幾十億年。核聚變的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行安全．且不會(huì)造成環(huán)境污染。核聚變不
4、會(huì)產(chǎn)生放射性的核廢料，也不會(huì)排放出溫室氣體。由于核聚變是依賴高溫運(yùn)行的，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，高溫將不能維持，聚變反應(yīng)就會(huì)自動(dòng)終止，不會(huì)旋生像裂變反應(yīng)堆那樣的核事故。12慣性約束核聚變概述目前．在地球上實(shí)現(xiàn)受控核聚變反應(yīng)主要有兩種途徑：磁約束核聚變fMcF)和慣性約束核聚變(ICF)。磁約柬核聚變主要是用強(qiáng)磁場來約柬低密度氘氚等離子體，依靠長時(shí)間約束來達(dá)到點(diǎn)火條件而發(fā)生聚變反應(yīng)。慣性約束是依靠高能驅(qū)動(dòng)源轟擊靶丸，使靶丸外層物質(zhì)被加熱形成高溫等離子體向外膨脹，其反作用力就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的向心內(nèi)爆壓縮力，在這個(gè)巨大的向心力的作用下，內(nèi)層燃料被壓縮到極高的密度和溫度．達(dá)到聚變反
5、應(yīng)條件，其原理與氫彈原理相同[21。磁約束核聚變和慣性約束核聚變的不同在于，磁約束核聚變等離子體的密度比較低，約為10”c一，約柬時(shí)間比較長，為秒的量級(jí)。慣性約束核漿變等離子體密度非常高，約為10”cm。，而約束時(shí)間比較短．僅為納秒量級(jí)。潦豢騫0圖12慣性約束核聚變的基本原理示意圖口I慣性約束核聚變反應(yīng)過程可分為以下4個(gè)階段：(1)由輻照靶丸的高功率輻射場將靶丸外部物質(zhì)迅速地加熱到等離子體狀態(tài)；(2)靶丸外層等離子體向外高速膨脹，產(chǎn)生的內(nèi)爆壓縮力對(duì)靶丸進(jìn)行向心壓縮；(3)向心壓縮力將靶丸壓縮至一定程度，使內(nèi)層燃料達(dá)到極高的密度和溫度，達(dá)到聚變反應(yīng)條件；(4)靶丸燃
6、料發(fā)生聚變反應(yīng)，并釋放能量。第一章引言(a)一Directdrive離紫fIOw{f∞morsolidlSoJJdurLiquidmeIC+a{eousfuel{atAdvantage；‘HigherCoUpling●fncknoyma“：aakltWaoUon謐逛。，蹙‘Rdaxedbe?nIfOrm}～·ReducedhydrodynamicInstabll腳-$19nlfl?ntm?a『i～forh?andkmbe?圖l3直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)的原理示意圖”1慣性約束核聚變有兩種方案；直接驅(qū)動(dòng)和間接驅(qū)動(dòng)吼直接驅(qū)動(dòng)是指用多路激光束直接照射充有核燃料的靶丸，靶丸表面
7、的物質(zhì)受到激光的燒蝕向外噴射，其反作用力向心壓縮靶丸，使靶芯核燃料達(dá)到點(diǎn)火條件。直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是激光能量的利用率比較高。但直接驅(qū)動(dòng)要求激光束必須非常均勻，而且要求激光的脈沖前沿比較平滑，以抑制流體力學(xué)不穩(wěn)定性對(duì)靶丸對(duì)稱壓縮的影響。另一種方案是間接驅(qū)動(dòng)，將靶丸放置在由高z材料(如金)制成的黑腔中，利用激光束(或離子束)照射黑腔內(nèi)壁產(chǎn)生x射線，x射線在黑腔內(nèi)經(jīng)過多次發(fā)射和吸收的過程，產(chǎn)生比較均勻的x射線輻射場，x射線輻照并壓縮放置在黑腔內(nèi)的靶丸。由于x射線輻射場要比激光場均勻得多，因此可以克服非均勻輻照引起的流體力學(xué)不穩(wěn)定性的問題，這使得間接驅(qū)動(dòng)成為目前被看好的一種方
8、案。ign
