基本介紹
- 中文名：熱核點火
- 外文名：Thermonuclear ignition
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：能源工程
- 熱核反應：聚變反應
- 參與反應物質：輕原子核，如氫（氕）、氘、氚等
熱核反應,反應條件,發展沿革,直接點火,
熱核反應
參與核反應的輕原子核，如氫（氕）、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應。熱核反應是氫彈爆炸的基礎，可在瞬間產生大量熱能，但尚無法加以利用。如能使熱核反應在一定約束區域內，根據人們的意圖有控制地產生與進行，即可實現受控熱核反應。這正是在進行試驗研究的重大課題。受控熱核反應是聚變反應堆的基礎。聚變反應堆一旦成功，則可能向人類提供最清潔而又是取之不盡的能源。
反應條件
核聚變是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，並伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。
通常有三種方式來產生核聚變：
1.重力場約束；2.慣性約束；3.磁約束。
其中主要的可控核聚變方式：
雷射約束（慣性約束）核聚變（如我國的神光計畫，美國的國家點火計畫都是這種形式）
發展沿革
自上世紀70年代始，雷射熱核聚變的“戰略”路線採用將球形熱核靶的密度壓縮到液態或固態DT的初始密度百倍左右的概念。
這種構想從1970年開始研究。它的基礎是用高強度雷射照射靶的外表面使球形靶壓縮。高強度雷射使球形靶外面部分蒸發(燒蝕)，因而在靶表面產生的壓力導致靶向中心壓縮。這種構想在邏輯上是合理的，並且是可行的。問題在於，需要多大代價?昂貴的雷射脈衝能量的最小值在那裡?
這種方法非常有利之處是:壓縮程度越高，引發反應所需能量越小(與壓縮程度平方成反L匕)。但是，也有缺點和困難。這種方法的缺點是，依靠燒蝕來壓縮，能量利用係數太低，僅約為10% ,剩餘能量消耗在飛濺的電漿中。另一重要方面是，必須在高度壓縮終止階段同時加熱靶中心的DT體積。這可通過選擇合適的靶結構隨常是薄殼層，在其內表面凍結DT層和選配雷射能到達靶面的速度來解決。但是壓縮過程易受瑞利一泰勒不穩定性的影響，不穩定性的發展決定壓縮終止階段物質狀態，與理想積累時期望值相比，限制了電漿的密度和溫度參數。
上述情況引起了對這種點火方法正確性的某些懷疑。自然提出了這樣的問題:是否值得“硬碰硬地”消耗雷射這種高組織形式的能量?因此，必須探索更為有效的其他方法和方案。
上面討論的領域並無定論，上述發展方案現在仍有出路。早先俄科院物理所研究了用短雷射脈衝通過殼層細孔直接加熱重殼層內冷凍DT的可能性。後來提出了稱作“溫室”的靶結構，其中將雷射送至低密度物質層。最終，6年後提出了後來稱為“快點火”的思想:在壓縮和加熱過程中有“中斷”，用極短的良好聚焦脈衝使壓縮靶點火。後者值得注意和研究，因為它含有新的暫時不清楚最終結果的物理機制。
熱核反應動力學是研究實驗室中聚變能源和自然界中一類天體演化過程的科學，其核心是研究熱核系統的點火條件和熱核燃燒過程規律。賀賢土主要討論實驗室中高溫高密度電漿狀態下的熱核點火和燃燒問題。假定整個系統由熱核(例如氖氖等)區和外圍的非熱核介質區兩個子系統組成，後者又稱惰層或慣性懇在外界提供能量驅動內爆壓縮使熱核區達到高溫高密度點火條件後，高壓縮慣性層使熱核區在完成充分燃燒和達到能量高增益前不致因力學膨脹而滅火這樣系統的動力學行為由自組織規律所支配。
直接點火
慣性熱核靶的直接點火概念是將兩個同步脈衝能源(驅動器)對靶的作用在時間上分為熱核物質的壓縮和加熱過程。作用的第一個壓縮驅動器用於靶物質按照“冷絕熱曲線”緩慢壓縮，第二個點火驅動器應保證在不超過初始觸發區慣性約束時間內快速加熱壓縮熱核燃料，並觸發自持熱核燃燒波。上述點火法可將達到點火閡值的DT電漿能量降至20~50 kJ級，並將觸發高增益係數燃燒波的電漿能量降至 0. 3~1 MJ。
直接點火還有另一個重要優點，它對慣性熱核聚變問題是決定性的。問題在於，當試圖形成球面靶壓縮時僅靠流體動力學積聚形成觸發熱核燃燒波條件(靶中心的高溫度，周圍冷物質的高密度)時，流體動力學不穩定性能夠對形成初始觸發區產生嚴重的負面影響，因為稠熱核物質周圍部分的制動發生在低密度中心部分。慣性熱核聚變領域的研究經驗表明，解決流體動力學不穩定性問題是個複雜課題。因此，直接點火雖然需要附加驅動器，但它不僅是最廉價的，也是唯一可能的方法。
