托卡馬克裝置內(nèi)部為何熱過太陽 實(shí)現(xiàn)可控核聚變克服庫侖排斥力是關(guān)鍵

，雖然太陽芯部的溫度只有1500萬攝氏度左右，離子通過碰撞發(fā)生聚變反應(yīng)的幾率比1億攝氏度條件下聚變反應(yīng)的幾率要低得多，理論上在太陽內(nèi)部單位質(zhì)量的燃料發(fā)生聚變的反應(yīng)率極低，平均1噸太陽物質(zhì)只能產(chǎn)生瓦量級的功率。但因?yàn)樘栙|(zhì)量非常大，即便發(fā)生聚變反應(yīng)是小概率事件，總體上太陽內(nèi)部產(chǎn)生的核聚變反應(yīng)及能量仍非常可觀。

目前

，在地球上開展的一些可控核聚變研究的等離子體密度只有太陽芯部密度的約千億分之一，因此必須將等離子體加熱到上億攝氏度高溫，才能使聚變反應(yīng)的發(fā)生幾率獲得較大提升，以便利用少量的聚變?nèi)剂暇湍墚a(chǎn)生足夠多的聚變能量。

以托卡馬克為代表的磁約束核聚變是可控核聚變的一種。段旭如告訴記者

，這一裝置利用通有大電流的線圈，在環(huán)形真空室內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)磁場。大量溫度超過1億攝氏度、在高溫下電離成由電子和離子組成的等離子體的燃料將沿磁力線做回旋圓周運(yùn)動，磁場越強(qiáng)回旋圓周運(yùn)動的半徑越小。例如，在2萬高斯的強(qiáng)磁場條件下，1億攝氏度高溫的等離子體中離子的回旋半徑只有幾毫米，而目前大型的托卡馬克裝置真空室內(nèi)等離子體半徑為米量級。通過這種方式可將高溫等離子體長時間地約束在具有強(qiáng)磁場的環(huán)形真空容器內(nèi)，并且不跟真空室器壁直接接觸。在這種極端條件下，燃料離子將發(fā)生聚變反應(yīng)并釋放巨大能量。

磁約束核聚變產(chǎn)生的能量主要通過高能量的α粒子(氦原子核)和高能量的中子釋放出來

。其中，高能量α粒子所攜帶的能量主要用于加熱聚變?nèi)剂?等離子體)，以維持聚變反應(yīng)所需的上億度的高溫，而高能量的中子則在環(huán)繞真空容器內(nèi)的包層部件中被慢化，其能量沉積在包層內(nèi)，并通過熱交換的方式由介質(zhì)將能量導(dǎo)出，把熱能輸送到裝置外部，最后通過汽輪機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為電能，輸送到外電網(wǎng)中以提供能源