1、核聚变调研演讲稿 各位同学大家好，我是302班第5组，吴旻剑。我们组的调研题目是核聚变开展和前景展望，这是我们的组员和所承担的工作，今天我的报告内容主要有三局部，也就是核聚变实现的主要三种方式，惯性约束核聚变，磁约束核聚变以及冷核聚变。其中前两个是目前的主流方式，也是广为接受的两种方式，本次调研主要是对这几种方式进行简单的了解。 首先是惯性约束核聚变，主要分为直接驱动和间接驱动两种方式，其中直接驱动主要分为三种，激光或离子束直接轰击、超高速碰撞、聚爆套筒。 首先是激光或离子束直接轰击，利用激光或者高能粒子束直接轰击靶丸，使其产生瞬间高温高压，而反冲又让靶丸压缩更加剧烈，到达聚变点火条件。不过，
2、这种方式要求激光能量较高，虽然现在也很可以到达那么高的条件了，但是还是不够稳定。最关键的是激光能量的时空对称性难以保持。 超高速碰撞原理就像用子弹打靶一样，加速一个超高速射弹，对靶子上的氘氚小球进行压缩，与激光点火原理类似，不过，这种方式主要问题是加速一个非微观粒子到达那么高的速度很难实现而且能否到达有效的单位压缩也是主要问题之一。 最后一种就是聚爆套筒，其实这也算是一种惯性约束和磁约束的联合方式，先在储存器迅速注入高压氮气，迅速到达聚变条件，并给等离子体通上电流，利用其自身产生的切向磁场约束住自身。不过这个过程产生的等离子体的不稳定性等问题尚未解决，尚处于研究阶段。 间接驱动其实主要就是对激
3、光直接驱动的一个改进，通过黑腔转化激光成较均匀的软射线，间接驱动靶发生核聚变，可较好地解决直接驱动的激光能量不对称的问题。 接下来就是磁约束聚变，按照时间来介绍，先后出现了反场箍缩、仿星器型装置、磁镜、托卡马克四种主要的装置。 箍缩就是给等离子体加强大电流，使其自身产生的磁场约束住自己。与聚爆套筒的约束局部原理相同，用其自身电流产生的磁场约束住自己。但是由于箍缩时间太短，一度被放弃，但是由于其不许辅助加热的优点，仍在研究。 仿星器型装置其实就是用外磁场约束等离子体，由于等离子体的轴向运动，需设计成闭合形式，但是又会造成磁场的不对称性，故设计成“8字形，约束和加热压缩等离子体困难，但优点是磁场位
4、形全由外部线圈控制，无需等离子体电流，所以仍有研究。 磁镜是用中间弱两端强的磁场约束等离子体使其不断反射但无法逃脱磁场区域。等离子体在磁场里面不断反射，无法逃出，到达约束的效果，但是简单磁镜宏观稳定性不好，现在还有研究改进版磁镜的。 最后就是大家最熟悉的托卡马克了，是箍缩和仿星器的结合，也是目前最接近成功的装置，主要就是用外磁场约束等离子体，同时也用磁场为等离子体加速并且进行定位。我就不多介绍了。 接下来，介绍一下一度被称为伪科学，现在又被重新提起的冷核聚变。主要开展过程中出现了这四种储氢聚变、子催化聚变、气泡聚变、超声波聚变，当然，还有12年最新报道的镍氢聚变，大家可以自己百度一下，e-ca
5、t装置。 储氢聚变是冷核聚变最早提出的实验解释，用钯这种吸氢材料对重水进行电解，产生超热，被认为发生了核聚变，不过由于实验重复性不好，被认为是伪科学。 接下来冷核聚变的第二个高潮，得到美国政府支持的子催化聚变实验，利用质量较大的轻子（如子）代替电子与氘原子核结合成氘原子，提高反响概率，降低反响条件。可是由于产生核聚变次数太少，消耗能源远大于产生，不适合作为商用开展，被废弃了。 气泡聚变原理是用中子脉冲使液体产生微型气泡，发生爆裂的同时产生几千度高温和局部的高压，到达核聚变条件。不过尚未被证实，相关专利也已有申请。我在2023年的大科技杂志上看到过热效率大于百分之百的加热器，也是气泡聚变的一个实
6、例，大家也可以去看一下。最后是超声波聚变，都说在商业化中，但是尚未有任何相关原理介绍，我们组在调查过程中发现的声波加热器可能是超声波聚变的实例之一，基于此我们猜测由超声波产生驻波，形成真空，继而产生卡西米尔效应，加剧能量积聚，发生微型核聚变反响。 最后是结果分析，主要由mcf和icf优缺点比照、冷核聚变开展趋势、和我们关于核聚变的一点思考。 磁约束核聚变也就是mcf，优点很明显，约束时间较长，但是缺点也很多，造价和不稳定性以及连续运行的困难。而icf主要优点就是聚变相对容易到达，但约束时间和连续运行仍有问题。 接下来，是冷核聚变的开展趋势，从提出时被认定为伪科学，到能都很好的重复实验，但没有合
7、理理论，仍受主流科学界排斥，再到近年的种种实验和专利等的实现，使得冷核聚变再次回到各大科学会议的议程之内。 最后是关于核聚变的一点思考，根据核聚变的条件，核聚变其实就是让轻核的原子核穿越库仑势垒，相互结合的过程。所以，提高原子核能量或者降低库仑势垒就是实现核聚变的两种主要方式，根据势垒贯穿理论，透射系数与势垒和原子核能量的差成指数比。所以，高温当然可以实现，也有论文说利用卡西米尔效应实现冷核聚变，类比这样的想法，我们组有个利用零点能实现核聚变的想法，根据不确定关系，微观粒子固定时有极大的动量，也可能是实现核聚变的条件。 当然，实际上我们也可以看出，现在所说的冷核聚变，实际上只是在微观层面上实现
8、粒子高能量，可以说不是真正的冷核聚变，不过，能够宏观条件的降低也是很好的。当然，如果可以降低库仑势垒当然更好，不过，这也已经是我们以后努力的方向了。相信聚变会离我们越来越近的。 等离子体（plasma）又叫做电浆，是由局部电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，尺度大于德拜长度的宏观电中性电离气体，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，常被视为是除去固、液、气外，物质存在的第四态。等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。（正负离子都是可自由移动的） 德拜长度（debyelength）等离子体中任一电荷的电场所能作用的距离。瑞利泰勒不稳定性，由于热的等离子体在磁场中会出现抗磁性漂移，因此在等离子体与真空的边界上出现扰动时，在扰动的波峰波谷之间会出现电荷的积累。 波长大于1a的x射线，即光子能量相对较低的x射线。 第5页 共5页