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标题: 有没有想过搞热核聚变发动机 [打印本页]
作者: yj39799494    时间: 2013-4-11 17:23
标题: 有没有想过搞热核聚变发动机
有没有想过搞一个核爆*动机？用激光使重氢发生核聚变，就像火花塞点燃汽油燃气一样，产生推力将大型航天飞机推上太空？

作者: 也想飞好    时间: 2013-4-11 17:48
那就不在这群里讨论了。
作者: zxf105    时间: 2013-4-11 18:02
也想飞好 发表于 2013-4-11 17:48
那就不在这群里讨论了。



作者: ejing1998    时间: 2013-4-11 18:21
简单的，等楼主你搞出能够耐受太阳表面温度的金属我来搞聚变
作者: alicard    时间: 2013-4-11 18:23
楼主火星来的
作者: 19E乐乐    时间: 2013-4-11 18:29
这个可以有
但是这个真没有
作者: limeijian961    时间: 2013-4-11 18:31
我们都是原始人，表示不懂核聚变是啥玩意
作者: limeijian961    时间: 2013-4-11 18:31
让我想起云图里的一个情节了，呵呵！
作者: md35    时间: 2013-4-11 18:35
热核。。和火炉差不多的东西吧？
作者: 亦_xin    时间: 2013-4-14 20:18
不懂。。。
作者: yj39799494    时间: 2013-4-19 16:22
ejing1998 发表于 2013-4-11 18:21
简单的，等楼主你搞出能够耐受太阳表面温度的金属我来搞聚变

就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具体原理如下
1 发动机进气口进气
          2 重氢喷射枪像吐痰一样将燃料喷射到激光焦距处
          3 非接触传感器发现燃料轨迹，启动高能激光点火
          4 重氢爆炸产生推力
          5 爆炸后发动机产生真空环境，进气阀开始进气，准备第二次点火


作者: yangbdyc    时间: 2013-4-19 21:42
yj39799494 发表于 2013-4-19 16:22
就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具体 ...

感觉难的还是制作工艺,还有就是金属,国内金属工艺够呛,而且怎么控制聚变,问题太多了
作者: millions    时间: 2013-4-20 00:14
如果真可行~~建議樓主申請世界專利
保證你這輩子和下輩子和世代子孫
榮華富貴~~
作者: sr02    时间: 2013-4-20 01:27
之前看过国家地理频道节目，介绍MIT的核聚变反应堆实验室，利用超强的磁场作为热核反应的容器，因为目前没有任何材料能耐受核聚变的高温。还有很多技术障碍要突破，离实用化还远哦。况且造价也是巨大的问题。如果成功应用在航天发动机，也许亚光速飞行和星际旅行就能实现了。另外也是一种很有前途的新能源，不过还是等石油耗尽，环境恶化加剧，人类被逼到生死存亡再说吧。
作者: 东方弥勒佛    时间: 2013-4-20 19:10
我每天看贴无数,
基本上不回贴。
后来发现这样很傻,
很多比我注册晚的人分数都比我多,
于是我就把这段文字保存在记事本里,
每看一贴就复制粘贴一次。
帮LZ把贴子顶上去。
顺便挣点分

作者: teolinkiat    时间: 2013-4-25 19:37
ejing1998 发表于 2013-4-11 18:21
简单的，等楼主你搞出能够耐受太阳表面温度的金属我来搞聚变



作者: haodade    时间: 2013-5-1 22:42
理论可行，不过你的材料是大问题。
作者: bg1jkp    时间: 2013-5-6 21:32
英国人有过此设想，用聚变产生等离子体推进，去趟火星只用两周
作者: 寻剑江南    时间: 2013-5-15 14:09
卫星上天运用的是冲量平衡定理，即使核聚变产生高温，他喷出的物质太少也起不了作用，或者你的东西动都不动一下。
作者: giantwjt    时间: 2013-5-27 23:06
要暴砸了咋办。半个地球都可能被你毁了
作者: 59195919    时间: 2013-5-28 20:56
转帖的哈，转帖，看看玩的


http://club.china.com/data/thread/1013/2760/41/21/2_1.html


科普 聚变发电还有多远？

人类与能源


对于我们这些生活在地球上的卑微生命来说，太阳是一切的源泉。我们崇拜太阳，依赖太阳。它给我们带来光明和温暖，辐照大地滋养万物，给我们带来食物，甚至我们呼吸的氧气。从物理的角度来说，太阳是地球上几乎一切活动的能量之源。这些能量来自于氢到氦的聚变。获取光明，获取温暖，获取能源是人类文明存在和发展的基本要求。人类文明诞生到现在，主要靠火来满足这一要求。从中国的燧人氏到西方的普罗米修斯，他们因为引来了火而被人们称道感激。但是他们引来的火并不是真正的太阳之火，而是化学之火。化学之火催生了人类文明，帮助我们走过石器时代，农业时代，工业时代，一直到现在的信息时代。我们今天的一切，几乎都离不开化学之火。可是，当人类发展到今天，成为地球上分布最广，生存能力最强的优势种类之后，对化学之火的依赖也深深改变和伤害了地球。从今往后的一两百年内，化学之火的大规模能源将逐渐用尽，可人类还需要生存，需要发展，这就需要找到新的火，新的能源。


新能源包括可再生能源，和不可再生的核能。可再生能源在利用的时候有很多问题。核能虽然不可再生，但是总量巨大，其中聚变核能资源可以供人类以目前的能源消耗速度生活上百亿年。裂变核能因为安全性问题，在聚变核能大规模投入使用之前，是一个不得已的选择。人类要继续生存和发展，一定要掌握聚变核能。


聚变是怎么回事？


对于自然界存在的所有的原子核，中等大小的铁镍等元素是最稳定的，所以轻的聚变成中等大小的或重的分裂成中等大小的，都要放出能量。同样重的东西，聚变反应放出的能量大约是化学反应的一千万倍。与燃煤相比，一座１００万千瓦火力发电厂，一年约需要４００万吨煤，产生约１０００万吨二氧化碳，但是如果用聚变，假设发电效率相同，只需要不到３００公斤氘氚，产生约２００公斤氦（氘：又叫重氢，原子核中有一个质子和一个中子；氚：又叫超重氢，有一个质子和两个中子；氦：两个质子两个中子；氦３：两个质子一个中子）。海洋中的氘大概有４０万亿吨，氚要靠锂６（约占自然界锂总量的７％）来生产，锂６在地壳中约有３０万亿吨。长远来看，聚变可以只用氘做基本燃料，只需要源源不断地从水中把氘提取出来就行。


氘氚反应是最容易实现的聚变反应，单位质量放出的能量差不多是最多的，所以目前寻求的聚变主要是氘氚聚变。氘氚聚变产生一个中子和一个氦原子，其中能量主要以中子的动能形式释放出来。高能中子的能量利用在技术上很困难。氘与氦３聚变反应产生一个氢和一个氦原子，放出的能量比氘氚还要多一点，但是它们反应的难度要大很多，而且氦３在地球上很少，也无法方便地生产。氘氘反应更难，放出的能量也少很多。


地球大气中大约有４万吨氦３。据估计，月球表面约有数百万吨氦３，如果用来提供人类的所有能源，约够数千年之用。这是探月计划经常被拿来证明探月必要性的一个说法。要知道，月球表面还有几亿亿吨的氧。要把含量只有亿分之一，一旦逸出土壤就会逃逸到太空中（月球表面白天的温度有１００多摄氏度，对应氦３的热速度约为每秒１５００米，而月球表面的逃逸速度只有每秒２４００米，考虑到热速度的麦克斯韦分布，以气体形式存在在月球表面的氦３会很快跑光。月球连氮、二氧化碳这样重的分子都保持不住。），又不参加化学反应的氦３收集起来，长远来看也非常困难。如果氘－氦３反应能够很好实现，完全可以直接在核反应堆中直接生产氚，然后由氚衰变生产氦３。这一方案不需要预先解决任何困难。


关于聚变的研究有３个方面要分清楚。一是聚变的研究，即核聚变反应本身，研究的是能量释放量，反应截面等内容，这方面的研究很早就做得差不多了。二是约束聚变的研究，研究怎么把高温的聚变等离子体约束住，现在说的聚变的研究一般是这个意思，下面会解释为什么聚变需要约束，约束为什么难。三是聚变能源的研究，也就是聚变能利用，主要是发电，这是聚变研究的最终目标。


约束聚变要求将温度为１亿摄氏度左右的等离子体维持一段时间，聚变产生能量。由于聚变速度和等离子体密度的平方成正比，所以一种方案是将等离子密度提到非常高，让聚变瞬间完成，这就是惯性约束聚变。另一种方案是将低密度的等离子体维持很长时间，这是磁约束聚变的基本思路。


聚变方案和研究简史


早在１９３２年，卢瑟福及其合作者就通过氘氘聚变发现了氚和氦３。虽然这一反应放出的能量是反应前粒子能量的很多倍，但卢瑟福本人对利用聚变能量的说法嗤之以鼻。原因是加速很多粒子才能产生一次聚变反应，消耗的能量远大于获得的能量。


在这一发现的基础上，１９３９年德国科学家汉斯·贝特发现了太阳的能量来源，因此获得了１９６７年诺贝尔物理奖。


上世纪４０和５０年代，随着原子弹研究的成功，１９５２年美国爆炸了第一个氢弹，实现了聚变能量的释放。那时，核裂变发现的时间也不长，但不仅原子弹成功了，核电站也将很快投入应用。因此大家乐观地相信，可控聚变也应该会很快实现。


１９５４—１９５８年，第一批磁约束聚变装置投入运行，发现聚变很难实现。１９５８年，苏联、美国、英国相继解密可控聚变研究项目，开始寻求国际合作，并在日内瓦召开了和平原子能会议。国际上把这次会议作为可控聚变研究的开始。２０世纪８０年代，一批主力研究装置，如美国的ＴＦＴＲ，ＤⅢ－Ｄ欧洲的ＪＥＴ，日本的ＪＴ－６０，法国的Ｔｏｒｅ　Ｓｕｐｒａ等，相继投入使用，磁约束聚变研究取得大量进展。９０年代，磁约束装置实现了高聚变输出功率。


在这些研究的基础上，苏联、美国、欧盟和日本开始合作设计大型超导聚变装置ＩＴＥＲ（国际热核试验堆，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅａｃｔｏｒ）。２００５年，中、印、韩三国加入ＩＴＥＲ计划。ＩＴＥＲ成为磁约束聚变研究的主线。


２０世纪６０年代，惯性约束聚变的概念也提出了，但到了７０年代激光能量达到一定程度之后，激光聚变的概念才开始走向前台。美国的海军研究实验室（Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＮＲＬ）和能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（ＬＬＮＬ）分别采用氟化氪准分子激光器和钕玻璃固体激光器作为驱动进行了长期的研究。经过２０多年理论和实验技术的积累，１９９７年ＬＬＮＬ开始建造以实现能量增益为目标的大型激光装置———国家点火设施（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ，ＮＩＦ）。ＮＩＦ于２００９年建成，预计２０１２年底实现能量增益目标。惯性约束还有高强电脉冲驱动方案（Ｚ箍缩），加速器重离子驱动方案（Ｈｅａｖｙ　Ｉｏｎ　Ｆｕｓｉｏｎ，ＨＩＦ）等。


聚变为什么那么难？


聚变需要的条件从能量上来看，只需要１０ｋｅＶ（ｋｅＶ即千电子伏，一个电子经过１０００伏特电势差得到的能量），也就是１万电子伏，与一般高能实验中动辄ＧｅＶ（１０亿电子伏），ＴｅＶ（万亿电子伏）相比，是一个很低的能量。要知道，普通骨干输电线上面的电压都是数十万伏。问题在于，两个氘氚原子核相对能量达到１万电子伏左右后，虽然可以发生核聚变，但可能性却很小，要碰撞成千上万次才可以聚变一次。聚变一次放出１７００万电子伏能量，还不够加速那么多的氘氚原子核所需能量。因此，最好加速一次可以碰撞很多次，也就是要把这些１万电子伏能量的原子核约束起来，保持在一个区域内不停地互相碰撞。这就是“磁约束聚变”、“惯性约束聚变”里面“聚变”前面要加“约束”的原因。没有约束的聚变在能量上是亏损的。


１万电子伏能量对应的温度是１亿多摄氏度。


这一温度下氘氚是完全电离的，形成等离子体，能量很高，如果不加约束就会以几百公里每秒的速度飞散开。作为比较，高能炸药爆炸只能产生几公里每秒的爆轰波。带电粒子在磁场里面会作回旋运动，所以加磁场可以约束住高温等离子体。惯性约束其实没有约束，只是让聚变燃料同时向心高速运动（内爆），靠燃料的惯性猛烈挤到一起，达到高温高密，在飞散开前，相当部分燃料聚变，释放能量。


１亿摄氏度是个非常高的温度。太阳的表面只有５５００摄氏度，太阳核心也只有１　５００万摄氏度。如果太阳表面达到１亿摄氏度的话，直径只需要５米就可以辐射出现在那么多的能量，这个球的体积只有太阳的２０亿亿亿分之一，比太阳变成中子星后还要小１００亿倍。产生和维持这么高的温度都极端困难。磁约束用大约相当于地球磁场强度１０万倍的磁场将密度不到空气百万分之一的氘氚等离子体约束在几百立方米的空间内，而惯性约束需要用大约１万亿大气压将几毫克的氘氚压缩到其固体密度的１　０００倍。磁约束目前能在秒量级的时间内将等离子体约束住，时间长的话，等离子体密度和温度都要很低才行。惯性约束目前只能用１兆焦耳左右的激光能量产生１０００焦耳左右的聚变能量。要实现工程能量增益，聚变输出能量必须再提高１００万倍。预计２０１２年能够实现激光能量增益，也就是比目前提高１　０００倍左右的聚变能量输出。理论上，提高１　０００倍能量输出并没有我们想象的那样难，但也需要实验证明。



作者: 59195919    时间: 2013-5-28 20:57
高的温度意味着很高的内能。很高的内能意味着将出现各种各样的能量丧失机制。两种聚变方式都要解决各种各样的不稳定性问题。磁约束中的不稳定性控制不住的话，等离子会撞上容器，损坏设备。惯性约束中的不稳定性更不好控制，结果是能量无法集中，温度升不到点火温度，但不会产生破坏。各种不稳定性性质和来源都不同。举个例子，说明不稳定性如何难以控制。我们拿一根小管子一半浸入水中，用手指堵住上面开口，将管子提出水面，如果管子半径小，水能够保持在管子里面。如果用稍微大一点的管子，水还是能留在管内，如果我们不停增大管子半径，如果没有任何扰动，原则上大管子里面的水应该像小管子里面一样，被大气压支持在管内。可实际上，如果管子大到一定程度，就不能像小管那样，让水待在里面。因为只要水面有一点点扰动，它就会流出来。有人可能会认为这是表面张力引起的，实际不是。在下端为凸表面的情况下，表面张力能够维持较小高度的水柱。松开手指就会发现这一点。水管粗了之后，表面张力的影响就可以忽略了。


除了不稳定性外，还有很多技术上的困难。比如磁约束中，高温等离子会从容器壁上打下一些碎片，一两毫克大小的碎片进入中心等离子体就会完全破坏等离子体，而根据估计，ＩＴＥＲ大小的装置一年内会打下几百公斤容器壁材料，足以产生几亿次破坏。


正常运行的聚变堆将有很多中子，这些中子将活化和嬗变部分材料。产生约束磁场的线圈是超导的，必须冷却到热力学温度４开左右，超导体对中子的加热和活化都非常敏感。如何在高中子通量中保护超导体是一个难题。氘氚聚变释放的能量主要体现为中子的动能，高能中子对壁的破坏很大，现在还没有任何一种材料可以承受商用聚变堆中子照射一年以上。氢和氦在材料中的沉积也将导致材料的破坏。这些问题现在还无法解决。由于还没有一个运行的聚变堆，聚变堆究竟能不能稳定运行，装置材料可以支撑多久，都还不知道。另外，由于目前条件下超导材料能产生的磁场是有限的，能约束的等离子体密度就受到限制，聚变堆要提高功率只能增大体积，也就是增大装置尺寸，这样装置的成本就非常高。这也是ＩＴＥＲ计划需要国际合作的原因。


惯性聚变也有自己的问题。主要的有激光产生效率过低，光学器件损伤，重复频率低等。在美国国家点火装置（ＮＩＦ）中，一次试验需要消耗电容器中存储的４００兆焦尔能量，这些能量转换成４兆焦尔的红外激光，倍频之后变成１。６兆焦的紫外激光。也就是说，从电能到激光的效率只有０。４％。这样，激光到聚变的功率增益至少要达到２５０倍，考虑发电效率，要７５０倍左右，装置才能基本平衡自己的能量消耗。而目前这个增益只有千分之一。激光聚变中的精密光学器件非常昂贵，高能量激光的通过，实验产生的小爆炸都容易损坏这些器件。


不稳定性控制问题是基本科学问题，不解决就无法有效地约束等离子体。材料问题是一个严峻的挑战，是聚变发电必须解决的问题。还有其它各种各样的技术挑战都需要找到解决办法，即使已经有技术路线，但现在还没有做出来。虽然比传统核能好得多，但聚变毕竟还是要涉及放射性，辐射环境给聚变制造了另一个大障碍。另外成本也是一个大问题，所有这些问题都使聚变研究困难重重。


聚变发电究竟还有多远？


无论是磁约束还是惯性约束，应该说，从理论的角度说，聚变发电是可以实现的，主要的技术障碍也在逐项消除。目前除了第一壁材料问题还不太确定之外，以前认为很难解决的一些问题，比如不稳定性问题，磁约束中的电流驱动问题，加热问题，等，原则上都不应该有问题，只是需要在计划的实验上演示验证。实际上，ＩＴＥＲ项目的正式目标就是为了示范托卡马克磁约束方案的科学和技术可行性。


磁约束聚变的方案有很多种，但目前主要集中在ＩＴＥＲ相关的研究中。这一项目在以后二三十年内的研究路线图已经确定，根据路线图，到２０１９年１１月，装置基本建成，可以产生和约束高密度的等离子体，各项系统可以工作，然后安装聚变反应条件下的冷却和真空系统，到２０２３年可以开始等离子实验，２０２７年开始短脉冲氘氚燃烧，２０２８年实现长脉冲全功率输出氘氚燃烧。也就是说，最迟到２０３０年左右，应该能够按计划实现磁约束聚变。但是要注意，ＩＴＥＲ只是一个研究堆，尚不能发电。该装置没有设计发电子系统，也加不上去。商业发电不在ＩＴＥＲ研究目标之内。各国将自行设计和建造自己的聚变发电装置。即使一切进展顺利，而且材料问题也得到解决，考虑到系统的复杂性和装置的建设周期，估计也还需要２０年时间才能建成能稳定运行的聚变电站。而经济性要达到可以接受的程度，并大规模取代其它能源，可能还需要二三十年时间。也就是说，大概还要６０到７０年时间，磁约束聚变能源才能大规模进入社会。如果再保守一点，从磁约束的角度来看，大致需要１００年时间，到下世纪初才能进入聚变能源时代。


惯性约束聚变方案目前还有好几种在竞争。由于惯性约束聚变相关研究，比如高功率脉冲技术，强激光技术，内爆研究，高温高密等离子体性质，高能量密度物理研究等都与军事关系密切，该领域的研究细节很多是保密的，相关研究单位也是国防研究单位。但在聚变能源研究方面，主要研究方案和研究结果还是很公开。目前走在最前面的是前面说过的美国ＮＩＦ装置。该装置投入的人力物力，能达到激光能量和聚变输出都是全世界最高的。如果到２０１２年底，ＮＩＦ如期实现１兆焦尔聚变能量输出，就从原理上证明了激光惯性聚变的可行性。下面只需要提高一些激光能量，改善靶丸设计，就可以将增益再提高两到三个量级，达到聚变发电需要的增益水平。


ＮＩＦ团队对计划目标相当自信。但由于ＮＩＦ也是一个研究装置，不可能实现发电，甚至不可能实现工程增益能量输出（数百兆焦尔），因为这样将破坏昂贵的实验装置。


ＮＩＦ的聚变发电计划ＬＩＦＥ（Ｌａｓｅｒ　Ｉｎｅｒｔｉａ　Ｆｕｓｉｏｎ　Ｅｎｅｒｇｙ，激光惯性聚变能源）自２００８年首次在国际原子能机构举办的第２２届聚变能源大会上提出以来，已经进入细化设计和关键技术验证阶段，但基本路线从最初的混合堆方案转向以纯聚变方案为主。在ＬＩＦＥ中，激光聚变一直备受质疑的关键技术难点，比如激光重复频率问题，靶丸结构和生产问题，末端光学器件的破坏问题，反应室清理问题，等等，都有了很好的考虑。ＬＩＦＥ纯聚变方案中，反应室是模块化的，可以现场生产组装，整体更换，从而大大降低了对第一壁材料的要求。另外，反应室充有低压气体，反应室第一壁有一定的保护。从发电成本来看，装置功率越大，经济性越好。如果聚变堆发电功率为１００万千瓦，则每度电成本为６美分，约合人民币４毛钱，与其它常规能源差不多。


混合堆方案是指用聚变产生的高能中子照射裂变材料（主要是常规裂变反应堆不能直接燃烧的铀２３８和钍２３２），引起它们裂变，将总能量输出放大数倍，从而降低聚变部分的增益要求。聚变－裂变混合堆对聚变功率输出的要求比纯聚变堆低，所以大家一度认为混合堆更容易实现，是聚变能源应用的第一步。但考虑到混合堆百分之八十以上的能源来自裂变，而裂变（即常规核能）的风险是大家非常忌讳的一个问题，混合堆由于其复杂性和工作原理，放射性的风险更难控制，一旦发生事故，危害比常规核能电站更大。混合堆的高放射性运行环境意味着系统一旦运行，就不可能维护。此外，困扰常规核能的衰变热问题，核扩散问题，都同样存在，甚至更严重。虽然还有不少人在研究混合堆，但从国际上主流研究机构的动向来看，该方案实际上不太可能付诸实施。


ＮＩＦ采用的是间接驱动，即用激光产生Ｘ光压缩靶丸内爆。美国也有用氟化氪准分子激光直接驱动的惯性聚变能源方案，其中的激光效率、驱动效率都要高一些。如果采用高增益的冲击点火方案，经济性更好。直接驱动对激光的对称性要求很高，这是该方案尚需解决的一个问题。此外，还有用脉冲电流驱动的箍缩内爆方案，重离子驱动方案等。脉冲电流驱动可以有很高的驱动能量，采用柱形内爆方案也可以得到比较高的驱动效率。


美国ＬＬＮＬ的科学家们认为他们的ＬＩＦＥ方案在１０到２０年内可以实现商业示范发电。相比而言，欧洲和日本的惯性约束聚变方案要保守一些，但也将计划定在２０到３０年之间。个人认为，这一时间框架可能是乐观了一点。再加上１０年到２０年做成倒是可能性很大。


虽然看起来现在离聚变发电距离还很远，但是与２０年前相比，现在的很多成就也是当时难以想象的，例如激光能量，激光校准，靶丸生产等。举一个靶丸跟踪定位的例子。激光聚变要求靶丸定位非常精确，允许的误差只有几个微米。但是靶丸要通过一支注入枪高速射入反应室。当靶丸正好走到激光汇聚点的时候，超高功率激光脉冲到达，点燃靶丸。这是非常难实现的，精心设计的注入枪只能达到几毫米的控制精度，比允许值大一千倍。但美国通用原子能公司（Ｇｅｎｅｒａｌ　Ａｔｏｍｉｃｓ，ＧＡ）设计了一套弹丸注入与跟踪修正技术，用一套弱激光跟踪和调整靶丸运行轨迹，目前可以将弹丸定位在２８微米误差范围内。２０年后，激光聚变能不能发电，很难说。但是无疑我们会离目标更近。


磁约束聚变由于装置更加复杂，成本更高，需要找到紧贴高温等离子并承受高通量高能中子轰击的材料，需要的时间应该要多一些，究竟哪一种方案能够最先获得成功，现在还很难说。目前除了主流的几种方案外，还有几十种聚变能源方案在研究，甚至一种新的方案出现并获得成功的可能性也是有的，但可能性最大的无疑是上面说的几种。


未来会怎么样？


从前面说到的聚变的困难，和现在研究装置的实际情况，都可以预计聚变装置很大，很复杂。这就意味着聚变装置投入大，周期长。再考虑到还有很多技术没有验证，也还有一些问题没有解决，因此指望聚变发电短期内实现并担当世界能源重任是不现实的。但到目前为止，除了磁约束第一壁材料问题尚需明确之外，其它各种关键技术已经基本明朗。如果能够按照路线图顺利发展，２０到３０年内能够实现聚变发电。如果再保守一些，无论惯性约束还是磁约束，４０到５０年内实现聚变发电的可能性非常大，８０到１００年内应该能够大规模普及，再过５０到１００年成为社会的主要能量来源。


聚变能源需要建立一整套新的工业和技术体系，如高功率高重复频率激光器，大型超导线圈，抗极端辐照的材料，氚生产等，也需要培养大量相关人才，这些都需要时间。我们可能会认为４０年５０年很长，但对于人类历史来说，一两百年也只是短暂的一瞬。我们用火已经有几十万年了，煤、石油、天然气等化石能源的使用有一千多年历史，而大规模开发利用，成为社会主要能量来源只有两三百年。如果花一两百年过渡到聚变能源，可以保证人类以后非常长时间的生存和发展，付出再多的努力，都是值得的。当然，目前的能源形势已经很严峻了，那么这一两百年怎么办？一两百年内，世界的发展也不是很好预测，但是如果人类有足够的智慧，能够控制自身整体的行为，化石能源加可再生能源还是足够支持我们度过这段时间的。实在不行，如果我们愿意冒一点风险，在控制风险的前提下，还可以大量利用丰富的裂变核能。


一两百年内能进入聚变能源时代，是非常了不起的成就。这项成就的意义不仅仅是能源得到保障，而在于为人类下一次革命打下了基础。我们用火，得到了大量食物，拓展了生存空间，用化石能源拓展了自己的能力，完成了工业化、信息化。而一旦实现了聚变，再结合现在已经基本拥有的一些技术，我们可以获得独立于自然的生存能力。我们将能抵御大规模自然灾难，将能迈出地球，走向宇宙空间。地球历史上几十、几百、几千万年一轮回的大规模灾难曾经一遍又一遍地大规模灭绝地球的生命，这些将不再威胁人类整体的生存。


我们常把聚变堆比喻为人造太阳，主要是从它的工作原理来说的。这里其实隐含着一层更深刻的意义。因为我们也知道，太阳是生命之源，是万物之父，如果说地球是万物之母的话。如果我们造出了太阳，我们人类———作为地球生命的代表，就终于长大了、成熟了，可以离开父母，可以自立、自生、繁衍，去开拓新的天地。




转自《大学物理》雷奕安


作者: 59195919    时间: 2013-5-28 21:08
转帖的哈，看看玩玩的

http://club.china.com/data/thread/1013/2760/41/21/2_1.html
科普 聚变发电还有多远？

人类与能源


对于我们这些生活在地球上的卑微生命来说，太阳是一切的源泉。我们崇拜太阳，依赖太阳。它给我们带来光明和温暖，辐照大地滋养万物，给我们带来食物，甚至我们呼吸的氧气。从物理的角度来说，太阳是地球上几乎一切活动的能量之源。这些能量来自于氢到氦的聚变。获取光明，获取温暖，获取能源是人类文明存在和发展的基本要求。人类文明诞生到现在，主要靠火来满足这一要求。从中国的燧人氏到西方的普罗米修斯，他们因为引来了火而被人们称道感激。但是他们引来的火并不是真正的太阳之火，而是化学之火。化学之火催生了人类文明，帮助我们走过石器时代，农业时代，工业时代，一直到现在的信息时代。我们今天的一切，几乎都离不开化学之火。可是，当人类发展到今天，成为地球上分布最广，生存能力最强的优势种类之后，对化学之火的依赖也深深改变和伤害了地球。从今往后的一两百年内，化学之火的大规模能源将逐渐用尽，可人类还需要生存，需要发展，这就需要找到新的火，新的能源。


新能源包括可再生能源，和不可再生的核能。可再生能源在利用的时候有很多问题。核能虽然不可再生，但是总量巨大，其中聚变核能资源可以供人类以目前的能源消耗速度生活上百亿年。裂变核能因为安全性问题，在聚变核能大规模投入使用之前，是一个不得已的选择。人类要继续生存和发展，一定要掌握聚变核能。


聚变是怎么回事？


对于自然界存在的所有的原子核，中等大小的铁镍等元素是最稳定的，所以轻的聚变成中等大小的或重的分裂成中等大小的，都要放出能量。同样重的东西，聚变反应放出的能量大约是化学反应的一千万倍。与燃煤相比，一座１００万千瓦火力发电厂，一年约需要４００万吨煤，产生约１０００万吨二氧化碳，但是如果用聚变，假设发电效率相同，只需要不到３００公斤氘氚，产生约２００公斤氦（氘：又叫重氢，原子核中有一个质子和一个中子；氚：又叫超重氢，有一个质子和两个中子；氦：两个质子两个中子；氦３：两个质子一个中子）。海洋中的氘大概有４０万亿吨，氚要靠锂６（约占自然界锂总量的７％）来生产，锂６在地壳中约有３０万亿吨。长远来看，聚变可以只用氘做基本燃料，只需要源源不断地从水中把氘提取出来就行。


氘氚反应是最容易实现的聚变反应，单位质量放出的能量差不多是最多的，所以目前寻求的聚变主要是氘氚聚变。氘氚聚变产生一个中子和一个氦原子，其中能量主要以中子的动能形式释放出来。高能中子的能量利用在技术上很困难。氘与氦３聚变反应产生一个氢和一个氦原子，放出的能量比氘氚还要多一点，但是它们反应的难度要大很多，而且氦３在地球上很少，也无法方便地生产。氘氘反应更难，放出的能量也少很多。


地球大气中大约有４万吨氦３。据估计，月球表面约有数百万吨氦３，如果用来提供人类的所有能源，约够数千年之用。这是探月计划经常被拿来证明探月必要性的一个说法。要知道，月球表面还有几亿亿吨的氧。要把含量只有亿分之一，一旦逸出土壤就会逃逸到太空中（月球表面白天的温度有１００多摄氏度，对应氦３的热速度约为每秒１５００米，而月球表面的逃逸速度只有每秒２４００米，考虑到热速度的麦克斯韦分布，以气体形式存在在月球表面的氦３会很快跑光。月球连氮、二氧化碳这样重的分子都保持不住。），又不参加化学反应的氦３收集起来，长远来看也非常困难。如果氘－氦３反应能够很好实现，完全可以直接在核反应堆中直接生产氚，然后由氚衰变生产氦３。这一方案不需要预先解决任何困难。


关于聚变的研究有３个方面要分清楚。一是聚变的研究，即核聚变反应本身，研究的是能量释放量，反应截面等内容，这方面的研究很早就做得差不多了。二是约束聚变的研究，研究怎么把高温的聚变等离子体约束住，现在说的聚变的研究一般是这个意思，下面会解释为什么聚变需要约束，约束为什么难。三是聚变能源的研究，也就是聚变能利用，主要是发电，这是聚变研究的最终目标。


约束聚变要求将温度为１亿摄氏度左右的等离子体维持一段时间，聚变产生能量。由于聚变速度和等离子体密度的平方成正比，所以一种方案是将等离子密度提到非常高，让聚变瞬间完成，这就是惯性约束聚变。另一种方案是将低密度的等离子体维持很长时间，这是磁约束聚变的基本思路。


作者: 59195919    时间: 2013-5-28 21:12
聚变方案和研究简史


早在１９３２年，卢瑟福及其合作者就通过氘氘聚变发现了氚和氦３。虽然这一反应放出的能量是反应前粒子能量的很多倍，但卢瑟福本人对利用聚变能量的说法嗤之以鼻。原因是加速很多粒子才能产生一次聚变反应，消耗的能量远大于获得的能量。


在这一发现的基础上，１９３９年德国科学家汉斯·贝特发现了太阳的能量来源，因此获得了１９６７年诺贝尔物理奖。


上世纪４０和５０年代，随着原子弹研究的成功，１９５２年美国爆炸了第一个氢弹，实现了聚变能量的释放。那时，核裂变发现的时间也不长，但不仅原子弹成功了，核电站也将很快投入应用。因此大家乐观地相信，可控聚变也应该会很快实现。


１９５４—１９５８年，第一批磁约束聚变装置投入运行，发现聚变很难实现。１９５８年，苏联、美国、英国相继解密可控聚变研究项目，开始寻求国际合作，并在日内瓦召开了和平原子能会议。国际上把这次会议作为可控聚变研究的开始。２０世纪８０年代，一批主力研究装置，如美国的ＴＦＴＲ，ＤⅢ－Ｄ欧洲的ＪＥＴ，日本的ＪＴ－６０，法国的Ｔｏｒｅ　Ｓｕｐｒａ等，相继投入使用，磁约束聚变研究取得大量进展。９０年代，磁约束装置实现了高聚变输出功率。


在这些研究的基础上，苏联、美国、欧盟和日本开始合作设计大型超导聚变装置ＩＴＥＲ（国际热核试验堆，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｔｈｅｒｍｏｎｕｃｌｅａｒ　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　Ｒｅａｃｔｏｒ）。２００５年，中、印、韩三国加入ＩＴＥＲ计划。ＩＴＥＲ成为磁约束聚变研究的主线。


２０世纪６０年代，惯性约束聚变的概念也提出了，但到了７０年代激光能量达到一定程度之后，激光聚变的概念才开始走向前台。美国的海军研究实验室（Ｎａｖａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＮＲＬ）和能源部劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（ＬＬＮＬ）分别采用氟化氪准分子激光器和钕玻璃固体激光器作为驱动进行了长期的研究。经过２０多年理论和实验技术的积累，１９９７年ＬＬＮＬ开始建造以实现能量增益为目标的大型激光装置———国家点火设施（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｉｇｎｉｔｉｏｎ　Ｆａｃｉｌｉｔｙ，ＮＩＦ）。ＮＩＦ于２００９年建成，预计２０１２年底实现能量增益目标。惯性约束还有高强电脉冲驱动方案（Ｚ箍缩），加速器重离子驱动方案（Ｈｅａｖｙ　Ｉｏｎ　Ｆｕｓｉｏｎ，ＨＩＦ）等。


聚变为什么那么难？


聚变需要的条件从能量上来看，只需要１０ｋｅＶ（ｋｅＶ即千电子伏，一个电子经过１０００伏特电势差得到的能量），也就是１万电子伏，与一般高能实验中动辄ＧｅＶ（１０亿电子伏），ＴｅＶ（万亿电子伏）相比，是一个很低的能量。要知道，普通骨干输电线上面的电压都是数十万伏。问题在于，两个氘氚原子核相对能量达到１万电子伏左右后，虽然可以发生核聚变，但可能性却很小，要碰撞成千上万次才可以聚变一次。聚变一次放出１７００万电子伏能量，还不够加速那么多的氘氚原子核所需能量。因此，最好加速一次可以碰撞很多次，也就是要把这些１万电子伏能量的原子核约束起来，保持在一个区域内不停地互相碰撞。这就是“磁约束聚变”、“惯性约束聚变”里面“聚变”前面要加“约束”的原因。没有约束的聚变在能量上是亏损的。


１万电子伏能量对应的温度是１亿多摄氏度。


这一温度下氘氚是完全电离的，形成等离子体，能量很高，如果不加约束就会以几百公里每秒的速度飞散开。作为比较，高能炸药爆炸只能产生几公里每秒的爆轰波。带电粒子在磁场里面会作回旋运动，所以加磁场可以约束住高温等离子体。惯性约束其实没有约束，只是让聚变燃料同时向心高速运动（内爆），靠燃料的惯性猛烈挤到一起，达到高温高密，在飞散开前，相当部分燃料聚变，释放能量。


１亿摄氏度是个非常高的温度。太阳的表面只有５５００摄氏度，太阳核心也只有１　５００万摄氏度。如果太阳表面达到１亿摄氏度的话，直径只需要５米就可以辐射出现在那么多的能量，这个球的体积只有太阳的２０亿亿亿分之一，比太阳变成中子星后还要小１００亿倍。产生和维持这么高的温度都极端困难。磁约束用大约相当于地球磁场强度１０万倍的磁场将密度不到空气百万分之一的氘氚等离子体约束在几百立方米的空间内，而惯性约束需要用大约１万亿大气压将几毫克的氘氚压缩到其固体密度的１　０００倍。磁约束目前能在秒量级的时间内将等离子体约束住，时间长的话，等离子体密度和温度都要很低才行。惯性约束目前只能用１兆焦耳左右的激光能量产生１０００焦耳左右的聚变能量。要实现工程能量增益，聚变输出能量必须再提高１００万倍。预计２０１２年能够实现激光能量增益，也就是比目前提高１　０００倍左右的聚变能量输出。理论上，提高１　０００倍能量输出并没有我们想象的那样难，但也需要实验证明。





次序反了，下接22楼

作者: 心大想法大    时间: 2013-5-30 18:38
东方弥勒佛 发表于 2013-4-20 19:10
我每天看贴无数,
基本上不回贴。
后来发现这样很傻,

新手请求前辈有点责任感哦

作者: 东方弥勒佛    时间: 2013-5-31 06:16
呵呵，你说的让我很羞愧
作者: tianmei89cilang    时间: 2013-5-31 14:35
毒气攻心啊走火入魔啦
作者: 大白兔    时间: 2013-6-1 18:17
建议楼主还是先研究个简单的多的多的东西，先造一个原子弹出来玩玩吧
作者: e44172    时间: 2013-6-2 00:00
古二真
作者: 红烧排骨    时间: 2013-6-5 19:33
这个可以有
作者: yj39799494    时间: 2013-6-8 13:03
寻剑江南 发表于 2013-5-15 14:09
卫星上天运用的是冲量平衡定理，即使核聚变产生高温，他喷出的物质太少也起不了作用，或者你的东西动都不动 ...

只要飞到到了太空，就没有阻力了，运动物体可直线匀速运动，除了变轨，可以吸收些宇宙的小物质然后加热电离并喷出做变轨飞行，不就行了

作者: haimowang    时间: 2013-6-11 09:41
能实现的是理想不能实现的是妄想
作者: lxm970219    时间: 2013-6-15 23:13
路过这里，围观一下。
作者: mymtt    时间: 2013-6-15 23:58
别想不开，以后的路还很长
作者: elvenyh    时间: 2013-7-10 19:55
东方弥勒佛 发表于 2013-4-20 19:10
我每天看贴无数,
基本上不回贴。
后来发现这样很傻,

你的头像是什么东西，网线？

作者: 东方弥勒佛    时间: 2013-7-11 07:37
我是做系统集成的，这种是布线的效果图
作者: xiaoweiwei2201    时间: 2013-7-11 17:01
LZ想象力丰富值得称赞，不过控制核能不是容易的事，但并非不可能，美国NASA的好奇号火星探测器上用的就是类似于微型核反应堆的装置。不过好奇号是用电力驱动的
作者: 心大想法大    时间: 2013-7-15 09:01
有想法好的。加油！不过要具体的


作者: xlla    时间: 2013-7-18 18:04
好奇号上就用热核电池，楼主可以买一个，彻底忘记平衡充。
作者: iamfool    时间: 2013-7-19 12:51
寻剑江南 发表于 2013-5-15 14:09
卫星上天运用的是冲量平衡定理，即使核聚变产生高温，他喷出的物质太少也起不了作用，或者你的东西动都不动 ...

楼主的原理是核聚变加热空气高速喷出，和脉冲发动机原理相同，仍然属于工质型发动机，不属于辐射型发动机。

作者: 鸡冻战士    时间: 2013-7-19 14:01
这个会不会爆炸啊 我靠

作者: Caballer    时间: 2013-7-19 16:01
撸主是准备拿绳命来玩航模，是吧？
作者: 深圳新摩    时间: 2013-8-11 10:28
我不知不觉的就顶你了。你该怎么谢我呢？

作者: wangdongjunno1    时间: 2013-8-12 09:23
核火箭嘛
作者: 风飞沙扬    时间: 2013-8-17 17:16
东方弥勒佛 发表于 2013-7-11 07:37
我是做系统集成的，这种是布线的效果图

兄台用的是什么软件？我用PRO-E画电站的电力电缆管线图，都要吐了

作者: li7301298    时间: 2013-8-17 18:15
本帖最后由 li7301298 于 2013-8-17 18:16 编辑
xiaoweiwei2201 发表于 2013-7-11 17:01
LZ想象力丰富值得称赞，不过控制核能不是容易的事，但并非不可能，美国NASA的好奇号火星探测器上用的就是类 ...

离子推进器，但是用的是电，电冲哪里来，可能是小型核反应堆！


作者: diy初哥    时间: 2013-8-17 21:42
核聚火箭发动机没听过，但是核裂变火箭发动机有，俄罗斯曾经使用这个发动机来推动地面制造了一场小地震；
作者: 白小淘    时间: 2013-9-17 23:49
yj39799494 发表于 2013-4-19 16:22
就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具体 ...

等你里面一开始反应，外壳就融化了，你还神马单向进气阀，一开始反应就变成万向进气阀了，整个发动机就变成一滩液体了……

作者: 月光86    时间: 2013-9-18 16:29
这个你搞不定吧！！！！！！！！
作者: 1364242396    时间: 2013-9-18 19:29
想法不错
作者: 鹰击明空    时间: 2013-9-21 14:48
兄弟你想多了
作者: 寂寞    时间: 2013-10-15 20:54
我承认！我是原始人！
作者: xiaowang2183    时间: 2013-10-31 23:06
这玩意危险吗？
作者: tyranttang    时间: 2013-11-6 08:44
yj39799494 发表于 2013-4-19 16:22
就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具体 ...

大哥，你的图都画了发动机外壳了，人家说的很清楚了，你第一次“吐痰”激光点燃，你发动机外壳、零件都化没了，哪里来后面的步骤继续工作

作者: fengyushu5    时间: 2013-11-9 23:28
我每天看贴无数,
基本上不回贴。
后来发现这样很傻,
很多比我注册晚的人分数都比我多,
于是我就把这段文字保存在记事本里,
每看一贴就复制粘贴一次。
帮LZ把贴子顶上去。
顺便挣点分

作者: czu4096    时间: 2014-7-14 11:01
yj39799494 发表于 2013-4-19 16:22
就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具 ...

氢原子不是玻璃球，别忘了氢原子是已知最小的原子了。喷出来时肯定要与空气分子碰撞。落点就不那么准确了。

作者: li7301298    时间: 2014-7-14 15:22
寻剑江南 发表于 2013-5-15 14:09
卫星上天运用的是冲量平衡定理，即使核聚变产生高温，他喷出的物质太少也起不了作用，或者你的东西动都不动 ...

搞离子发动机还现实点！

作者: 929231yz    时间: 2014-7-15 15:44
我每天看贴无数,
基本上不回贴。
后来发现这样很傻,
很多比我注册晚的人分数都比我多,
于是我就把这段文字保存在记事本里,
每看一贴就复制粘贴一次。
帮LZ把贴子顶上去。
顺便挣点分
作者: 简体字    时间: 2014-7-15 16:08

这个可以有
但是这个真没有
作者: 颜志才    时间: 2014-8-1 00:54
yj39799494 发表于 2013-4-19 16:22
就像子弹壳一样， 需要爆炸的能量气体波推进，就像氢弹可以把房子吹飞的能量，就像脉冲喷射发动机。
具 ...

兄弟，可控核聚变装置还真有，并且已经实现多次可控核聚变，基本原理是依靠磁场约束粒子使其在真空环境中，这一高中物理书上面提过，著名的可以参考托卡马克磁约束装置

作者: Himalaya    时间: 2014-8-1 12:20
费那个劲干嘛，现成的超大号热核聚变炉子就在上空挂着呢，直接隔空传递能量过来不就得了，想要多少拿多少。

作者: sdxgy    时间: 2014-9-11 08:52
这个没法想过
作者: 皓月长空    时间: 2014-9-12 20:18
好想法
作者: maomx33    时间: 2014-10-2 11:42
楼主:核聚变在搞时可不能让连合囯核能构知道噢！安全第一！照个无区偷偷搞，支持您！并先祝成功！
作者: cdxx0635    时间: 2014-10-2 12:58
用内功让门板飞起来
作者: fenglitop    时间: 2014-10-21 10:39
想法很好，以目前技术很难实现。
作者: 野蝎子    时间: 2014-10-22 17:33
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
作者: wangpeiwen10    时间: 2014-10-27 10:03
美国曾经设想过，但没搞。
作者: LCHSIR    时间: 2014-12-15 16:26
看报道美国一公司做小型核聚变发动机用于汽车小型飞机并称几年内就可实现民用，具体lz可以去网上搜下
作者: acer05    时间: 2014-12-16 13:34
可控核聚变实验装置据说已经达到连续运转到千秒级了，但是要到能提供能量的程度，即使是比较乐观的估计30年内还做不到。要想把这类装置再做成发动机，乐观的估计百年后的人类可能还是做不到。
作者: skypup    时间: 2014-12-16 16:37
关注。

能否搞出固定翼能用的核裂变发动机，这样续航时间就不是问题了。
作者: xiaowang2183    时间: 2014-12-16 23:45
有那技术就不在这里了，哈哈
作者: acer05    时间: 2015-2-20 12:39
寻剑江南 发表于 2013-5-15 14:09
卫星上天运用的是冲量平衡定理，即使核聚变产生高温，他喷出的物质太少也起不了作用，或者你的东西动都不动 ...

当前这是绝对真理。在没有发现新的理论突破（突破相对论，使其处于相对真理)。核聚变发动机就和永动机一样，会一直有人去尝试或设想，但是永远不会成功。

作者: heyu1234    时间: 2015-6-28 10:50
用超导线圈吧，把聚变粒子团控制在一定的空间内，然后就是人类最熟悉的将热能，光能转化成电能就行了，不过常温超导体可是个技术难题哦，期待楼楼攻破它。。
作者: 救援0艇    时间: 2015-7-4 08:12
外星产物吧




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