什么是慣性約束聚變(Inertial Confinement Fusion)？
慣性約束聚變（ICF）是一種通過快速壓縮和加熱材料來實現核聚變的方法。這一過程通常使用高功率激光，激光聚焦在一個小球上，使其迅速升溫。強烈的加熱使彈丸內的物質汽化，產生一個足夠熱和密度的沖擊波，使材料熔化。雖然慣性...
慣性約束聚變（ICF）是一種通過快速壓縮和加熱材料來實現核聚變的方法。這一過程通常使用高功率激光，激光聚焦在一個小球上，使其迅速升溫。強烈的加熱使彈丸內的物質汽化，產生一個足夠熱和密度的沖擊波，使材料熔化。雖然慣性約束聚變還沒有產生比它消耗的更多的有用能量，但是關于如何建立商業上可行的電源的研究仍在進行中。
有效限制聚變反應的能力是關鍵，因為它們發生在非常高的溫度下。慣性約束聚變彈丸的基本成分是氘和氚，它們都是氫同位素。氘和氚之間的聚變反應比任何其他反應都容易實現，因此，產生能量的氘/氚反應堆是現代聚變研究的主要目標。這些彈丸非常小，重量遠小于1克，每次插入慣性約束聚變反應堆中。一旦裝上彈丸，就會使用非常大的激光將彈丸快速加熱到聚變溫度，在數百萬華氏度（攝氏度）時，彈丸外層的快速加熱使其蒸發并迅速膨脹，對彈丸內部造成壓力。如果激光提供足夠的能量，彈丸內部將迅速壓縮，從而誘發核聚變，這反過來又會使彈丸變熱。這種情況被稱為"點火"，這是大多數現代慣性約束聚變實驗的目標。慣性約束聚變的主要困難是向彈丸輸送足夠的能量，在彈丸擴散到太空之前將其加熱到聚變溫度為了從核聚變中產生能量，反應必須超過一個稱為勞森準則的值，該準則給出了任何給定體積燃料所需的最短限制時間。這需要在幾微秒的時間內將許多兆焦耳的能量通過激光系統；這樣做是可靠的，不會消耗太多的能量，這是一個巨大的技術挑戰。提出了一種稱為"快速點火"的約束問題的新方法，即在壓縮彈丸后，用一次快速的激光脈沖將其點燃。雖然這種方法在理論上看起來很有前途，但還沒有成功地進行試驗。
有效限制聚變反應的能力是關鍵，因為它們發生在非常高的溫度下。慣性約束聚變彈丸的基本成分是氘和氚，它們都是氫同位素。氘和氚之間的聚變反應比任何其他反應都容易實現，因此，產生能量的氘/氚反應堆是現代聚變研究的主要目標。這些彈丸非常小，重量遠小于1克，每次插入慣性約束聚變反應堆中。一旦裝上彈丸，就會使用非常大的激光將彈丸快速加熱到聚變溫度，在數百萬華氏度（攝氏度）時，彈丸外層的快速加熱使其蒸發并迅速膨脹，對彈丸內部造成壓力。如果激光提供足夠的能量，彈丸內部將迅速壓縮，從而誘發核聚變，這反過來又會使彈丸變熱。這種情況被稱為"點火"，這是大多數現代慣性約束聚變實驗的目標。慣性約束聚變的主要困難是向彈丸輸送足夠的能量，在彈丸擴散到太空之前將其加熱到聚變溫度為了從核聚變中產生能量，反應必須超過一個稱為勞森準則的值，該準則給出了任何給定體積燃料所需的最短限制時間。這需要在幾微秒的時間內將許多兆焦耳的能量通過激光系統；這樣做是可靠的，不會消耗太多的能量，這是一個巨大的技術挑戰。提出了一種稱為"快速點火"的約束問題的新方法，即在壓縮彈丸后，用一次快速的激光脈沖將其點燃。雖然這種方法在理論上看起來很有前途，但還沒有成功地進行試驗。
- 發表于 2020-09-08 00:18
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- 分類：科學教育
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