聚变反应堆的能源生产机制两个氢原子核的拼接。当两个原子核融合,少量的质量转换成大量的吗能源。能源(E)和质量(米通过相关)爱因斯坦的关系,E=米c²,大的转换因子c²,在那里c是光的速度(约3×10⁸米每秒,或每秒186000英里)。质量也可以转化成能量核裂变重核的分裂。这个分裂的过程是利用核反应堆。

聚变反应是抑制电斥力,叫做库仑力,两个带正电的原子核之间的行为。发生融合的,两个原子核必须高速方法彼此为了克服他们的电斥力和分离达到足够小(小于1000000000000厘米)短程强大的力量占主导地位。生产有用的能量的,必须经过大量的核融合;也就是说,必须产生气体的核融合。在极高的温度,气体的平均核包含足够了动能进行融合。这样一个媒介可以被加热产生一个普通气体之外温度在这电子摧毁了他们的原子。结果是消极自由电子的电离气体组成和积极的细胞核。这是在一个电离气体等离子体状态,第四状态的物质。宇宙中大部分的物质处于等离子体状态。

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能源与化石燃料

实验聚变反应堆的核心是一个高温等离子体。原子核之间发生融合,电子目前只有保持宏观电中性区。等离子体的温度约为100000000开尔文(K;大约100000000°C,或180000000°F),超过6倍太阳的中心温度。(需要较高的温度和较低的压力密度遇到在聚变反应堆。)通过过程,如等离子体失去能量辐射,传导,对流,所以维持热等离子体要求聚变反应添加足够的能量平衡的能量损失。为了达到这种平衡,产品的等离子体的密度和能量约束时间(时间等离子体失去能量如果未替换)必须超过一个临界值。

明星,包括太阳,包括等离子体产生能量的聚变反应。在这些自然的聚变反应堆,等离子体在高压力的巨大的引力场。地球上不可能组装等离子足够巨大的引力局限。为陆地应用程序中,有两种主要的方法来控制fusion-namely,磁约束和惯性约束。

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在磁约束低密度等离子体是在很长一段时间了磁场。等离子体密度大约是10²¹粒子每立方米,成千上万倍低于室温空气的密度。的能量约束时间必须至少有一个second-i.e。,能量的等离子体每秒钟必须更换。

在惯性约束没有尝试要限制时间外的等离子体分解的等离子体。能量约束时间只是时间的聚变等离子体膨胀。关只有自己的惯性,等离子体存活大约只有1000000000秒(一纳秒)。因此,盈亏平衡在这个计划需要一个非常大的粒子密度,通常大约10^30.粒子每立方米,液体的密度的100倍。一个热核炸弹是惯性约束等离子体的一个例子。惯性约束发电厂,极端密度是通过压缩millimetre-scale固体颗粒燃料激光或粒子束。这些方法有时也被称为激光融合或粒子束融合。

聚变反应至少难以实现结合氘核(细胞核氘原子)海卫一(细胞核氚原子)。这两个核的同位素氢核,并包含一个单元的积极电荷。氘氚(蒸)融合从而要求核较低动能所需的能量比的融合更高度紧张,较重的原子核。这两种产品的反应是一个α粒子(细胞核氦原子)在350万年的能源电子伏特(兆电子伏)中子在一个14.1兆电子伏能量(1兆电子伏能量相当于温度约10000000000 K)。中子,缺乏电荷,不受电场或磁场的影响,可以逃避周围等离子体沉积能量的材料,如锂。的热锂中生成“毯子”可以转化为电能通过传统的方式,如蒸汽涡轮机。同时,带电的阿尔法粒子碰撞与氘核和特里同(由电子交互)和磁约束等离子体中,从而将它们的能量转移到原子核反应。当这个再沉积的聚变能进入等离子体超过等离子体的能量损失,等离子体将自给自足,或“点燃”。

尽管氚不会自然发生,特里同,阿尔法粒子产生的中子捕获蒸聚变反应在周围锂毯子。特里同然后反馈到等离子体。在这方面,蒸聚变反应堆是独一无二的,因为他们使用他们的浪费(中子)产生更多的燃料。总的来说,蒸聚变反应堆使用氘和锂作为燃料和生成氦的反应副产品。氘可以方便地获得seawater-about每3000个水分子包含一个氘原子。锂也丰富和廉价的。事实上,有足够的氘和锂在海洋世界的能源需求提供数十亿年。氘和锂作为燃料,蒸聚变反应堆将是一个有效地用之不尽的能源。

一个实际的聚变反应堆也有几个有吸引力的安全和环境的特性。首先,聚变反应堆不会释放的污染物伴随的燃烧化石燃料——具体来说,造成的气体全球变暖。第二,因为不是一个聚变反应连锁反应,一个聚变反应堆不能接受一个失控的连锁反应,或者“崩溃”,可以发生在一个裂变反应堆。聚变反应需要在热等离子体,等离子体的任何中断控制系统将等离子体和扑灭终止融合。第三,聚变反应的主要产品(氦原子)放射性。尽管一些放射性副产品是由周围材料的吸收中子,low-activation材料存在这些副产品有多短半衰期和更少有毒的废物核反应堆。low-activation材料的例子包括特殊的钢或陶瓷复合材料(如碳化硅)。

聚变反应堆

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