《从等离子体聚变到碳基核聚变一个获取核能的新判据》由会员分享，可在线阅读，更多相关《从等离子体聚变到碳基核聚变一个获取核能的新判据（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、D Y D T 低温精馏分离动态模拟夏修龙( 中国工程物理研究院核物理与化学研究所，l I J l I 绵阳6 2 1 9 0 0 )低温精馏氢同位素分离具有处理量大，能耗低，渗氚小，设备紧凑，分离因子较大等优点，在C A N D U堆的重水除氚工艺中已得到工业应用，在聚变堆的燃料循环回路中，也是不可缺少的氢同位素分离单元( 1 4 l 。已经建立了系统的稳态模型，考察了总板数、进料位置、回流比等对系统分离性能的影响【5 】。氢同位素低温精馏系统的开工、停车过程，进料组成和流量的变化等引起的系统扰动等均为非稳态过程，必须通过建立合适的动态模型描述各组分浓度的时空特征，因此动态模拟不仅具有重要的
2、理论价值，在实际中对于系统操作模式及控制策略的选择也具有重要意义。本文建立了氢同位素低温精馏分离的动态模型，利用该模型针对D 2 r D T 体系计算获得了精馏柱上D T浓度动态变化和空间分布；研究了再沸器滞留量、回流比等参数对系统分离性能的影响。回流比的提高可以显著的提高脱氚率；再沸器中D T 浓度不但与滞液量存在显著的依赖关系，而且随时间增长而增长。在理论板数为8 0 时，塔顶与塔底D T 浓度相差约3 个数量级，分离效果明显。参考文献【1 】J R B A R T L I T , W H D E N T O N ，R H S H E R M A N H y d r o g e nI s
3、o t o p eD i s t i l l a t i o nf o r t h eT r i t i u mS y s t e m sT e s tA s s e m b l y 1 9 7 8 ，L A - U R - 7 8 - 1 3 2 5 2 1G E P A U T R O T T h eT r i t i u mE x t r a c t i o nF a c i l i t ya tt h eI n s t i t u t eL a n e - L a n g e v i nE x p e r i e n c eo fO p e r a t i o nw i t hT r
4、i t i u m F u s i o nT e c h n 0 1 ，1 9 8 8 ，1 4 ：4 8 0 4 8 3 【3 】D G B E L L A M Y , J R R O N I N Sa n dS K S O O D I T E RR e l e v a n tt e s t i n go faC r y o g e n i cD i s t i l l a t i o nC o l u m nS y s t e m F u s i o nT e e h n 0 1 ，1 9 9 5 ，2 8 ：5 2 5 5 2 9 【4 】M K I N O S H I T A S t
5、u d i e so nC r y o g e n i cD i s t i l l a t i o nC o l u m n sf o rH y d r o g e nI s o t o p eS e p a r a t i o n 1 9 8 4 ，J A E R I M 8 4 - 16 0 【5 】夏修龙低温精馏氢同位素分离影响因素研究核技术，2 0 0 6 ，2 9 ( 6 ) ：2 2 1 - 2 2 4 从等离子体聚变到碳基核聚变：一个获取核能的新判据谭大刚汪晓丽( 沈阳师范大学物理科学与技术学院1 1 0 0 3 4沈阳)关键词：可持续发展；核聚变；碳基核聚变；获能判据作者分析
6、了地球上已经为人类所应用的能源几乎都来自于恒星的核能。但是人类目前掌握的唯一核能核裂变技术的应用使得地球上的放射性核素不可恢复性的增加，违反了可持续发展原则。而且从宇宙发展史来看，裂变材料都来源于超新星爆炸的快过程，裂变能量来自恒星发展过程中的灾变阶段，它不能成为人类发展所依赖能源。只有正常( 稳定) 的聚变才是所有恒星的能量来源，它也必将成为人类可持续发展所依赖的最终能源。现行的可控核聚变的研究方向主要是高温等离子体核聚变。包括惯性约束( I C F ) 和磁约束( M C FoL a s w o n ( 1 9 5 7 ) 首次提出了高温等离子体的获能判据，预测了高温等离子体核聚变持续所需
7、的粒子密度与约束时间积。经过人们多年的努力，磁约束( M C F ) 技术上所能达到的条件越来越接近判据。但是仍然存在着许多难以解决的问题，如：高温等离子体宏观和微观的不稳定性；等离子体的加热技术；核聚变燃料材料辐射改性与能源1 s的补给和热能输出问题等等。而惯性约束( I C F ) 的研究，由于强放电或强激光的耗能并不在L a w s o n 判据考虑之内，只能称为微型氢弹试验，而不能成为能源技术。是否还有其他的获取核聚变能的方式呢? 根据1 9 5 7 年B e t h e 提出了著名的碳循环，作者从中得到启示：碳在恒星的聚变过程中具有重要的作用。碳循环的阈值动能不高。碳是地球上比较丰富
8、的元素，常规条件下它的密度比氘氚的密度大得多，而且它熔点高、有良好的导热性。加速的质子束轰击厚碳靶是否能成为获取聚变能的一种技术呢? 可能存在的反应是：P + 1 2 C 一1 3 N + ，+ 1 9 4 M e v 。如果N 1 3 没有脱离厚碳靶，则有：1 3 一1 3 C + e + + u + 2 2 2 M e ve + + e + 一7 + 1 0 2 2 M e v 质子还可以和C 1 3 发生聚变P + 1 3 C 专1 4 N + ，+ 7 5 5 M e v虽然聚变的概率很小，但是不应忘记入射质子的动能都存在于厚碳靶中，不经过严格的计算，不能简单的按思维定势否认它有成为一
9、种能源装置的可能性。作者把加速质子束轰击厚碳靶的获能方式称为碳基核聚变，并对于这种获能方式推导出新的获能判据谭判据：( N v 占弓+ 洲P ) 仍U N p r l l进一步写为F E ，U ( 1 l r h r h 1 )( 1 )式中假设质子束流为：l ，s ，每个质子的加速动能为UM e v ，质子束在厚碳靶中的聚变几率为8 ，每一次聚变产生的能量为西，r h 代表加速器把电能变为质子束动能的效率，现代表从碳靶上传出热能的效率( 暂时不考虑热电转换，作为热能源) 。对于1 2 C 来说，E ，= 5 1 8 M e v ( 对于”C ，E ，= 7 5 5 M e v ) 。质子束在
10、厚碳靶中聚变反应概率8 与聚变反应截面a 有关，聚变反应截面又随着质子在靶中的动能的变化而变化，所有这些都与质子的初始动能有关。为了数值计算碳基核聚变的可行性，关键的问题是计算质子束在厚碳靶中聚变反应概率s 。作者进一步讨论了通过质子的剩余动能觑L ) 和入射距离L 的关系，以及聚变反应截面随着质子在靶中的动能的变化来计算质子束在厚碳靶中的聚变反应概率的方法。如果对应于不同的能量E ，反应概率盯都已知，那么就可以通过数值计算求出总的反应概率。由于在一定能量范围内应反应截面随能量的增加而增加，而且还可能存在很多共振峰，如果玩和珑不太小，随着质子的加速电压的增加，在一定的最佳入射能量，谭判据有可能
11、实现。作者设想碳基核聚变可能成为人类可持续发展的一种新型能源技术，为核聚变理论实验研究，加速其理论和实验研究开辟了新的应用研究方向。谭判据的碳基核聚变或许比L a w s o n 判据的高温等离子体核聚变在技术上更容易实现。第二作者正在进一步计算质子束在厚碳靶中聚变反应概率，结果将另行发表。主要参考文献【l 】H A B e t h e ，E n e r g yp r o d u c t i o ni nS t a r s P h y s R e v 1 9 3 8 ，5 5 ( 5 ) ，4 3 4 - 4 5 6【2 】谭大刚，环境核辐射污染及防治对策，沈阳师范学院学报，1 9 9 9 ，
12、0 1 ，6 8 7 3【3 】B u r b i d g eEM ，B u r b i d g eGR ，F o w l e rWAe ta l ，S y n t h e s i so ft h eE l e m e n t si nS t a r s ，R e v i e w so f M o d e mP h y s i c s1 9 5 7 ，2 9 ，5 4 7 【4 】J o h nJ C o w a na n dF f i e d r i c h K a r lT h i e l e m a n n ，R P r o c e s sN u c l e o s y n t h e
13、s i si nS u p e r n o v a e ，P h y s i c sT o d a y2 0 0 4 ，1 0 ，4 7 【5 】J D L a w s o n ，S o m eC r i t e r i af o raP o w e rP r o d u c i n gT h e r m o n u c l e a rR e a c t o r P r o c , P h y s S c o 马1 9 5 7 ，7 06 - 1 0 【6 】 T h eN u c l e a rH a n d b o o k C h a p t e r8 ，E d i t o r0 R F r i s c h1 9 5 8L o n d o nG e o r g eN e w n e sL i m i t e d f 7 】D T a nan dB H e a t o nS i m p l eE m p i r i c a lR e l a t i o n s h i p sf o rE l e c t r o nC S D AR a n g ea n dE l e c t r o nE n e r g yL o s s ，上A p p 豇e dR a d i a 砌n I s o t o p e s1 9 9 4 ，4 5 ，5 2 7
