第五百四十九章:换一种聚变方式!
办公室中,徐川和梁曲闲聊了一会,听了一下后续的工作安排。
仿星器的实验他已经没有插手了,几乎都放给了能源研究所这边安排,华星聚变装置的第一次运行,数据还是相当的漂亮的。
不过他还是有一些其他方面的担忧。
当然,他并不是担心仿星器无法实现真正的点火运行,这个点他不担心。
由综合型托卡马克装置改变成先进型仿星器装置,路线更换的过程中需要调整的东西虽然有不少,但核心仍然是建立在磁约束理论的基础上的。
而磁约束的核心,摸过等离子体湍流的数控模型、第一壁材料和约束磁场这三大块了。
这三块核心,在破晓聚变装置上他们早就搞定了。
徐川担心的,原本有两块,第一块是型化的可行性,另一个则是仿星器的功率可能不足,即实现点火后,引导出来的能量,可能远远不够。
第一个问题从如今的实验数据来看已经没什么太大的问题了。
但第二个问题,还不知道是什么情况。
仿星器的优点在于等离子体湍流的控制比托卡马克装置要强很多,但它的功率,也是公认的比托卡马克装置要低。
它的输出很难,或者几乎无法和托卡马克装置相比了。
这是因为仿星器的结构而注定的事情,也是徐川最为担心的一块地方。
尤其是的型化后,功率可能会更低,低到产生的能量完全不够的地步。
毕竟体积了,反应堆腔室中能容纳的等离子体数量也会更少,而氘氚等离子体的数量少的话,其碰撞形成聚变的概率也就更。
可控核聚变反应堆,并不是实现零火,稳定寥离子体湍流的运行,完成了氘氚聚变并能将能量引导出来就行了。
这些只是聚变的基础,而在基础上,还有个东西叫做q值。
这里其实涉及到怎样才能算是“实现了可控核聚变”这一个概念。
可能会有很多人认为,只要是维持了反应堆腔室中等离子体运行,让其聚变并且能引导出来能量就是实现了可控核聚变。
但实际上严格意义上来并不是。
核聚变不是随随便便就可以点燃的,我们需要先向反应炉输入能量才有可能从中得到输出的能量。
如果将输入的能量看做‘输入x’,那么在维持等离子体运行的基础上,从反应堆中引导出来的能量,就是‘输出Y’。
而Y-x的差值,就是所谓的q值。
只有当q值等于一的时候,反应堆才能不需要外界的能量输入,依靠自身的聚变反应来维持稳定。
而q值超过1,则代表值反应堆可以向外面输出能量,q值越高,输出的能量也就越高。
但由于目前的科技,发电站并不能对核聚变产生的能量进行100%的转化,理论上来讲能达到40非常了不起了,破晓聚变堆使用了磁流体机组+传统热机也就达到了73%而已。
再加上其他的各种损耗,粗略的进行估算,q值等于2.5的时候,可控核聚变就可以“保本”,即投入的‘钱’和发电产出的‘钱’平衡了。
只是显而易见的是,光是“保本”是不行的,考虑到庞大的基础设施以及后续的维护成本,科学家普遍认为,可控核聚变的“q值”至少要大于50,才能算是真正实现了可控核聚变技术。
而破晓聚变装置的q值,超过三位数。
这也是徐川当初选择托卡马克装置作为目标的原因,托卡马克装置的内部温度更高,反应堆腔室规整,能容纳的氘氚等离子体更多,产生的q值会更大。
听着徐川提出的这个问题,梁曲思索了一下,回道:“提升聚变的温度或许可以解决这个问题?”
徐川点零头,道:“这的确是一个办法,可以考虑。不过提升温度,对于仿星器来,一方面难度较大,另一方面可能有点治标不治本。”
“环形磁场中的带电粒子一般需要沿环运动多圈才能连接底部和顶部,从而进行有效地中和电荷积累。但这一点对仿星器很不利,仿星器的各种形态的线圈数目非常多且极不规则,会形成大量局部磁镜。”
“而磁镜是可以在一定程度上约束带电粒子的,这将导致一些粒子被“捕获”在局部磁镜中,无法完整地完成环向运动,也就不能消除磁场曲率和磁场梯度带来的漂移,进而导致粒子损失。”
“特别是用于加热其它粒子的高能离子,由于碰撞频率很低,一旦被局域磁镜捕获就几乎逃不出来,损失很快。这对于聚变堆的自持加热是极为重要的。”
梁曲提出的建议的确可行,因为温度越高,粒子的活跃性就越高,越是活跃,产生的碰撞几率就越大。
但他更多思索的,是如何从根源上去解决这个问题。
这些他一直都在思索如何重构仿星器的外场线圈和磁铁绕组,并不是单纯的因为三维结构的改进型超导体线圈的生产太难,还有一部分原因也是在想办法解决这个问题。
闻言,梁曲也有些头大,皱眉思索了一番后开口道:“但是仿星器的结构,要改变的话难度实在太大了。”
“它本身就是通过极高的工程难度来降低磁约束的难度的,如果重新构设的话,难度先不,改变了它的结构,是否还能继续型化也是个很麻烦的事情。”
徐川摇摇头道:“不,仿星器的整体结构和形状不能进行大幅度的调整和修改,调整聊话我们需要面对等离子体磁岛、磁面撕裂、扭曲摸效应等问题。”
“而这些问题在型化的过程中我们暂时根本就没有手段解决,所以只能依赖仿星器特殊的结构来避开。”
闻言,梁曲皱着眉道:“那这样的话就难了,目前来看,仿星器是型化最有希望的一个,如果仿星器都行不通的话,我真不知道还有什么能行得通,球床?还是惯性约束?”
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仿星器的实验他已经没有插手了,几乎都放给了能源研究所这边安排,华星聚变装置的第一次运行,数据还是相当的漂亮的。
不过他还是有一些其他方面的担忧。
当然,他并不是担心仿星器无法实现真正的点火运行,这个点他不担心。
由综合型托卡马克装置改变成先进型仿星器装置,路线更换的过程中需要调整的东西虽然有不少,但核心仍然是建立在磁约束理论的基础上的。
而磁约束的核心,摸过等离子体湍流的数控模型、第一壁材料和约束磁场这三大块了。
这三块核心,在破晓聚变装置上他们早就搞定了。
徐川担心的,原本有两块,第一块是型化的可行性,另一个则是仿星器的功率可能不足,即实现点火后,引导出来的能量,可能远远不够。
第一个问题从如今的实验数据来看已经没什么太大的问题了。
但第二个问题,还不知道是什么情况。
仿星器的优点在于等离子体湍流的控制比托卡马克装置要强很多,但它的功率,也是公认的比托卡马克装置要低。
它的输出很难,或者几乎无法和托卡马克装置相比了。
这是因为仿星器的结构而注定的事情,也是徐川最为担心的一块地方。
尤其是的型化后,功率可能会更低,低到产生的能量完全不够的地步。
毕竟体积了,反应堆腔室中能容纳的等离子体数量也会更少,而氘氚等离子体的数量少的话,其碰撞形成聚变的概率也就更。
可控核聚变反应堆,并不是实现零火,稳定寥离子体湍流的运行,完成了氘氚聚变并能将能量引导出来就行了。
这些只是聚变的基础,而在基础上,还有个东西叫做q值。
这里其实涉及到怎样才能算是“实现了可控核聚变”这一个概念。
可能会有很多人认为,只要是维持了反应堆腔室中等离子体运行,让其聚变并且能引导出来能量就是实现了可控核聚变。
但实际上严格意义上来并不是。
核聚变不是随随便便就可以点燃的,我们需要先向反应炉输入能量才有可能从中得到输出的能量。
如果将输入的能量看做‘输入x’,那么在维持等离子体运行的基础上,从反应堆中引导出来的能量,就是‘输出Y’。
而Y-x的差值,就是所谓的q值。
只有当q值等于一的时候,反应堆才能不需要外界的能量输入,依靠自身的聚变反应来维持稳定。
而q值超过1,则代表值反应堆可以向外面输出能量,q值越高,输出的能量也就越高。
但由于目前的科技,发电站并不能对核聚变产生的能量进行100%的转化,理论上来讲能达到40非常了不起了,破晓聚变堆使用了磁流体机组+传统热机也就达到了73%而已。
再加上其他的各种损耗,粗略的进行估算,q值等于2.5的时候,可控核聚变就可以“保本”,即投入的‘钱’和发电产出的‘钱’平衡了。
只是显而易见的是,光是“保本”是不行的,考虑到庞大的基础设施以及后续的维护成本,科学家普遍认为,可控核聚变的“q值”至少要大于50,才能算是真正实现了可控核聚变技术。
而破晓聚变装置的q值,超过三位数。
这也是徐川当初选择托卡马克装置作为目标的原因,托卡马克装置的内部温度更高,反应堆腔室规整,能容纳的氘氚等离子体更多,产生的q值会更大。
听着徐川提出的这个问题,梁曲思索了一下,回道:“提升聚变的温度或许可以解决这个问题?”
徐川点零头,道:“这的确是一个办法,可以考虑。不过提升温度,对于仿星器来,一方面难度较大,另一方面可能有点治标不治本。”
“环形磁场中的带电粒子一般需要沿环运动多圈才能连接底部和顶部,从而进行有效地中和电荷积累。但这一点对仿星器很不利,仿星器的各种形态的线圈数目非常多且极不规则,会形成大量局部磁镜。”
“而磁镜是可以在一定程度上约束带电粒子的,这将导致一些粒子被“捕获”在局部磁镜中,无法完整地完成环向运动,也就不能消除磁场曲率和磁场梯度带来的漂移,进而导致粒子损失。”
“特别是用于加热其它粒子的高能离子,由于碰撞频率很低,一旦被局域磁镜捕获就几乎逃不出来,损失很快。这对于聚变堆的自持加热是极为重要的。”
梁曲提出的建议的确可行,因为温度越高,粒子的活跃性就越高,越是活跃,产生的碰撞几率就越大。
但他更多思索的,是如何从根源上去解决这个问题。
这些他一直都在思索如何重构仿星器的外场线圈和磁铁绕组,并不是单纯的因为三维结构的改进型超导体线圈的生产太难,还有一部分原因也是在想办法解决这个问题。
闻言,梁曲也有些头大,皱眉思索了一番后开口道:“但是仿星器的结构,要改变的话难度实在太大了。”
“它本身就是通过极高的工程难度来降低磁约束的难度的,如果重新构设的话,难度先不,改变了它的结构,是否还能继续型化也是个很麻烦的事情。”
徐川摇摇头道:“不,仿星器的整体结构和形状不能进行大幅度的调整和修改,调整聊话我们需要面对等离子体磁岛、磁面撕裂、扭曲摸效应等问题。”
“而这些问题在型化的过程中我们暂时根本就没有手段解决,所以只能依赖仿星器特殊的结构来避开。”
闻言,梁曲皱着眉道:“那这样的话就难了,目前来看,仿星器是型化最有希望的一个,如果仿星器都行不通的话,我真不知道还有什么能行得通,球床?还是惯性约束?”
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