可控热核聚变之等离子体交叉对撞模型

北京鼎正环保技术开发有限公司 李安宝(Anbaoe Lee)

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E-mail: anbaoe@qianlong.com

 

内容摘要：

本文对可控热核聚变实现提出了一种新设想——运行中的等离子体交叉对撞模型。初步探讨了“∞”字形等离子体整体运行线路方案可能性。提出了必须将热核聚变材料加注、等离子体能量提升和热核聚变发生区域等若干个重要功能段相分离的理念。认为等离子体交叉对撞模型对于实现热核聚变的各功能单元在分离、强化方面具有较好的实现优势。

关键词：

热核聚变   托卡马克模型   等离子体交叉对撞模型

 

一 、引  言

实现热核聚变的条件是严酷的。一般来讲，现在研究可控热核聚变认为可以成功实现的技术途径有两条：一是托卡马克模型，通过磁场约束等离子达到点火；二是惯性约束，通过高能量激光促使热核材料内爆而实现热核聚变。^[1,2]

但是，人类通过近五十多年的艰辛探索，至今没有能够实现可控热核聚变能源利用的持续正常运行。我认为，我们有必要就热核聚变从原理上重建模型，并以此设计新原理条件下的热核聚变装置。

在我的一篇名为《基本粒子致使热核聚变和恒星演化》^[3] 的文章中，阐述了热核聚变的发生需要基本粒子共同参与的过程，并由此形成两大循环体系即核素循环和基本粒子循环。目前已引起世界各国物理学家的高度重视。

这之中，一个极其重要的观点就是电子被俘获和大量中性粒子形成对完成热核聚变具有极其重要的媒介作用。在等离子体中电子的数量相当巨大，电子直接参与整个热核聚变活动。长期以来，人们一直认为热核聚变不与电子为必需之媒介，现在看来，这一观念是必须更正的。用如下几组特征方程可简单表示热核聚变过程，以示说明热核聚变的复杂性：

第(1)组方程

¹H + e → ¹n + υ + γ  

²H + e → 2¹n + υ + γ

…… 

第(2)组方程

¹n + ²H → ²H    

³H + ¹n → ⁴H    

⁴H + ¹n → ⁵H  

……

第(3)组方程

³H → ³He + e   

⁴H → He + e     

⁵H → ⁵He + e    

……  

当然，上面公式仅仅是为了说明热核聚变的复杂性，并非唯独两个核直接相互碰撞而融合成一个较大质量新核的观点。事实上，热核聚变过程还远比我们上面所罗列公式复杂。

我所建立的可控热核聚变新模型就是依据上述原理而提出的一个新设想。

二、可控热核聚变之等离子体交叉对撞模型

我们知道，热核材料需要足够的能量和密度才能持续进行热核聚变，也才有实现大规模商业营运的可能性。

现在，通过托卡马克模型已经基本达到了等离子体的持续提高能量并持续进行约束的能力。但是，在时间上要持续实现热核聚变还困难多多！

从托卡马克模型约束的等离子体运行整体形态来看，它近乎完全是一种封闭的圆形或椭圆形结构。其等离子体形状如下图1所示：

 

图1 托卡马克（Tokamak）模型中等离子体的整体运行形态.

它不能使等离子体运行中发生最大面积的粒子对撞，在提高等离子体的有效密度方面也很困难。世界上，一些科学家正在就热核材料投加和热核聚变发生形成一种脉冲式的协调机制以保证热核聚变可以持续进行而全身心工作着。但是，由于高温、密封等诸多条件的限制，进展十分缓慢。

我认为，应当将托卡马克模型“O”等离子体运行线路进行全面改型，考虑为双椭圆交叉的“∞”字型结构作为等离子体运行线路。如图2所示：

图2  A和B两大等离子体在O点相互交叉碰撞，从形成一个整体不可分的“∞”等离子体运行线路结构

图中A和B分别代表磁约束下的两大等离子体，箭头所指代表等离子体运行方向。可以看出，A和B两大等离子体在O点交叉碰撞。这个模型可以以托卡马克模型为基础，将等离子体在非交叉点碰撞区域进行广泛磁约束，而在交叉区域实现等离子体碰撞高效率的热核聚变。

三、 新模型的特点和可行性

首先，等离子体交叉对撞模型可以使等离子体在磁约束控制下热核材料加注、等离子体能量提高和热核聚变发生区域进行适度分离。这样，若干个功能单元分离以后，就能够更有效地实施对各个功能单元的操作与控制。

其次，可以将交叉碰撞区域做得更加有特点，使得碰撞发生效率更高。这方面我已经有一些特别的考虑。

第三，交叉碰撞可以极大地提高等离子体的密度。这是高温条件下的最为合理的增加密度方式。

第四，将热核聚变发生集中在一个特定区域便于对所释放能量实施综合利用。这样，在空间上也有很大的优势用于热交换设备的组织。

第五，控制各个功能单元需要较大的空间，将各功能相对分离可以更有利于各种设备的合理编组和调配。这样，也就能充分保证各种设备的正常发挥效益。可以不必苛求各种辅助设备在空间上严格限制范围。

第六，在单元化等离子体交叉对撞模型的基础上可以建设多元化等离子体交叉对撞模型。这样，将若干个“∞”字形状的等离子体组合为更加复杂的连环套结构，可以极大地提高等离子体的密度。这可以对热核聚变能源利用在功率上成倍地提高。

四、等离子体交叉对撞模型的应用前景

等离子体交叉对撞模型可以应用于多个领域之中。在不同的能量段应该有不同的应用前景。比如，在低能量等离子体方面可以在探索化学反应机理方面有所作为；在物理光学研究领域可能有很大的价值；在特殊材料制备等方面可能成为一种独特的制造车间，等等。

尤其是，这种模型对于了解不同能量段等离子体的性质有重要的意义。毫无疑问，不同密度和能量等离子体碰撞的研究，对于揭开宇宙演化之谜有非常重要的意义。

另外，在对撞区域稍加设置就可以创造一个特有的物理条件，它不仅会成为研究等离子体所必需的设备，而且完全可能成为新发现、新发明不断滋生的窑炉。

 

我本人就这一模型的研究已经持续了五年以上，但由于我所具有的研究环境十分严酷以及自身生活来源的非常窘迫，许多更深入的研究只能放弃。虽有太多生存艰难之遗憾，但不可使心灵污染。人类总是要继续进化下去！人类对能源的依赖，资源日益枯竭的危机，社会需要文明化，对人类要有所贡献的理智迫使我们不能不努力探索，奋力前行！对以上模型的简单叙述，就算是抛砖引玉吧。

我相信，世界上会有科学家对这一模型注意的！

 

参考资料：

[1] E. Teller, Fusion,  New York: Academic Press, Inc. (1981).

[2] 张 礼, 近代物理学进展, 北京: 清华大学出版社（1997）

[3] Anbaoe Lee 《探索——北京相对论联谊会首届年会论文集》