磁力約束實現核聚變的核心思路,其實並沒有那麼復雜。
核聚變在超高溫和超高壓狀態下發生。
以後者為主的發生條件,雖然可能在宇宙中最為普遍,
但人類目前既無法做到,也沒有可以暢想的實現方向。
那就只能以前者為主,不斷嘗試提高發生核聚變的物質的溫度。
幾千萬度,幾億度。
然後,這時候,就出現了一個顯而易見的問題。
如果只是為了讓它爆炸,一瞬間發生核聚變,
那就不用管它。
但現在是要將它作為能源,就需要它持續發生聚變,
也就是說,始終維持在超過一億度的溫度。
這麼高的溫度,用怎麼樣一個容器去容納它。
人類目前熔點最高的材料,也就能夠承受三四千度,
顯然和核聚變發生的上億度,差了幾個量級。
然後,而為了解決這個問題,一個天才般的創想就冒了出來。
以磁力約束超高溫的等離子體,讓它干脆在容器中,不和容器內壁接觸。
以強磁場控制劇烈反應中的等離子體,同時以磁場加熱等離子體溫度和密度。
完美解決了,核聚變發生時溫度過高的問題。
此刻,莫道眼前的east就是這種原理下的產物。
到這兒,似乎可控核聚變的問題,似乎都已經得到了解決。
——如果只是需要一個可以發生核聚變的玩具。
但問題是,人們想要用核聚變來發電。
就不得不面臨,此刻可控核聚變最大的問題。
可控核聚變裝置的自持率問題。
為了維持托卡馬克裝置中等離子體發生核聚變,同時約束這些等離子體的運動,
不讓這些超高溫的等離子體,將整個裝置連著整個實驗中心都燒出來一個洞。
現在的托卡馬克裝置開啟的時候,都需要往其中大量的電力。
而現在,所有托卡馬克裝置,自己能夠發出來的電,都不夠自己維持核聚變用的。
也就說,從普遍意義上來講,
現階段的可控核聚變裝置,不光是發不出來電,還得耗電。
而造成這種尷尬境地的原因,歸根結底就在于,
托卡馬克裝置中,等離子體發生聚變的強度不夠。
那為什麼不提升強度呢。
因為現在托卡馬克裝置線圈能夠的約束還不夠。
而用超導材料制作線圈,倒是能夠提高約束。
但現在,室溫超導材料還未誕生,才過億度的等離子體外邊,
還得給超導線圈套一層維持零下一兩百度溫度的裝置,設計難度可想而知。
而從另一個方向出發,
沒辦法大力出奇跡,那提高對等離子體運動規律的掌握,巧妙一些的將等離子體運動約束在一個固定的範圍呢。
這就涉及到流體力學的內容,
而但凡對流體力學有些認知的,
都知道這是什麼個狀態。
有大量的近似公式,經驗公式的存在。
這就意味著,人類目前對這方面的理論認知其實遠遠沒有觸及到本質規律的。
在有些地方,這種讓傳統物理學家有些惡心的經驗公式還能夠發揮作用,
但在可控核聚變中的等離子體運動的約束上,卻有些不夠了。
除此之外,
還有中子問題,
核聚變中失去約束的中子,會沖擊托卡馬克裝置的第一壁,
往往會導致第一壁無法使用多久,就得報廢。
同時也讓,原本不應該出現輻射的可控核聚變,在現階段的可控核聚變裝置事實上會產生核污染材料。
在莫道前幾世結束前,
事實上可控核聚變的研究中,對等離子體的約束時間已經達到很可觀的程度。
按照尋常的道理,其實在等離子體的約束時間達到一定程度的時候,好像就應該能夠間斷的運行。
但實際上,
對等離子體的約束始終就沒有完美過,
每次可控核聚變實驗裝置的運行,運行完一次,就是或多或少都被損壞了。
不是不想運行一定時間,然後過一段時間又再接著運行。
實際上,就是運行完一次就趴窩了,
得重新檢修,維護,更換,才能再次運行。
于是,
在原理看起來相當完善的情況下,
想要真得實現大多數人期望中的,能夠近乎無盡能源的可控核聚變。
只要繼續往前延伸,就會發現,事實上還有無數艱難的問題橫在前面。
就像是不斷分叉的樹狀圖,每一個核心問題後邊還有若干問題。
……
在圍繞著這個高達十一米的托卡馬克裝置再走了一陣過後,
莫道和作為導游的,洪教授帶著的博士都先後再停了下來,
“其實這個玩意兒,看多了,也沒有什麼好看的。”
洪教授帶得博士有些感慨地說道,
“現在這個,嚴格意義上來說,就只是一個用來驗證高溫等離子體約束的實驗裝置。和真正的可控核聚變堆差距還很遠很遠。”
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“老實講,別說是洪教授,我覺得我都不一定能夠看到。”
莫道點了點頭,也沒有多說什麼。
此刻,相比于這一世剛開始的時候,投入到相關領域的學習中後,
他對可控核聚變的研發,已經有了些更具體的認知。
這注定是一件極其艱難的事情。
如果細想一下就會發現。
他當時所思考的,提升生產力的三個方向,
也是在前幾世重來前,也未徹底實現的,可控核聚變,通用人工智能,室溫超導材料。
再加上航空航天等領域,
這些科技的發展,實際上是牽扯一起的。
某種程度上,材料領域沒有關鍵突破,很大程度上影響了可控核聚變的實現,
不然,但凡有室溫超導材料,可控核聚變實現過程中的許多問題都能夠迎刃而解。
甚至夸張一點,要是有更好的材料,用力大磚飛的方式,都能實現可控核聚變。
通用人工智能也是一樣,這方面技術如果能夠突破,必然能夠對等離子體約束產生極大的助力,
同樣能夠加快可控核聚變的實現。
而沒有誕生可控核聚變,也相當程度,導致了航天領域因為運力和能源受限,發展緩慢甚至觸及到了天花板。
而倒過來,要想真正徹底實現可控核聚變,大概率需要在多個領域實現突破。
莫道已經做好預期,可能要花費超過一世的時間,才能實現可控核聚變的突破。
而且,
這件事情,他還很難一個人完成。
可控核聚變是一個龐大的,系統性的工程。
或許他有一天,能夠找到突破性的思路,來實現可控核聚變,
但可控核聚變裝置的設計,制造,可控核聚變堆的設計……這些都是需要人的。
在這一世,甚至下一世,在這條實現可控核聚變的道路上,他都需要不少志同道合的人。
就像是,曾經的克爾納的青年們。
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