突破受控核聚变的新方案

muqian · 发表于 2016-1-6 12:54:29

突破受控核聚变的新方案

当今受控核聚变点火，是先将氘\氚加热到上亿℃高温。但实际上，在如此极端高的温度下，氘\氚的密度将变得极其稀薄！而太过于稀薄的密度仅凭Tokamak的强大磁场根本不足以引发氘\氚有效、可靠地聚变点火，同样也极其难以维持后续的自持燃烧。并且，还会带来一系列的弊病：付出极其巨大的加热代价，效率低下（因为加热的同时，氘\氚等离子体也在一刻不停地向外放热）；对磁约束的磁场强度要求极高，磁场构造也异常复杂，计算建模极端困难，结果却极其难以维持等离子体状态的稳定性；极大地增加了受控核聚变反应稳定可靠、持久运行的难度！所以，将氘\氚预先加热到上亿℃高温，实现核聚变点火和自持燃烧，单纯走高温路线是极端困难的！！！
本方案认为“密度”才是贯穿于受控核聚变始终最根本、最绝决的因素，整个聚变反应过程分为以下三个阶段：
第一阶段------使用强大而致密的高能X射线，首先仅仅对低温、高密度液态氘\氚（-253℃）细丝状环形体的其中一点进行聚焦“冷”压缩聚变点火
要实现氘\氚核聚变稳定、可靠地点火，极高的密度才是首要和核心的先决条件！这一点极其极其重要！！！所以，与预先将氘\氚加热到上亿℃高温恰恰截然相反------首先是将低温、高密度的液态氘\氚（-253℃）燃料外加以负电荷，然后再通过静电场加速的办法高速注入到托卡马克(Tokamak)中，因为本身带有负电荷，所以会被非常稳定地约束在整个Tokamak极其强大的环形磁场当中，最终形成了一个极细极细的细丝状环形体，细丝的截面直径仅仅只有几纳米。这时整个液态氘\氚燃料细丝状环形体的密度非常高，且状态异常稳定！这一点极其重要：因为这为有效、可靠地聚变点火和后续全部氘\氚参与自持燃烧均创造了极为优异的必要条件！然后再由强大而致密的高能X射线聚焦，仅仅对环形体其中一个极小的点，集中进行极其剧烈地“冷”压缩，致使该点的液态氘\氚在几皮秒之内达到极高的密度并急剧升温，于是率先发生了核聚变反应，也就是实现了氘\氚有效、可靠的聚变点火！（这相当于首先点燃了火柴头）。实际上，因为仅仅只对液态氘\氚环形体一个极小的点进行聚焦压缩，所以对高能X射线的功率要求也并不是太高。
第二阶段------聚变点火产生的高温“火头”，逐次剧烈引燃Tokamak环形强磁场中整个的低温、高密度液态氘\氚（-253℃）燃料细丝状环形体
由“冷”压缩点率先聚变点火所产生的上亿℃高温的“火头”，具备了足够量的热量密度与高能中子密度，再去逐次剧烈引燃相邻的低温、高密度液态氘\氚燃料（-253℃）。由于整个等待引燃的液态氘\氚环形体密度非常高，并且状态异常稳定，因此为全部氘\氚实现急速、剧烈地自持燃烧创造了极为优异的必要条件！所以整个Tokamak环形强磁场中液态氘\氚燃料（-253℃）细丝状环形体全部实现核聚变点火仅仅需要几百微秒时间。（这相当于火柴头产生的高温“火头”，再逐次引燃整个干燥、密实的火柴杆）
第三阶段------温度急剧升高，等离子体的整体密度下降到极低，核聚变进入到平和、稳定的反应平衡状态，并维持缓慢、持久地自持燃烧
因为原先液态氘\氚燃料细丝状环形体的整体密度就非常高，所以当全部氘\氚实现核聚变点火之后，加上Tokamak环形强磁场极其强大的磁约束作用，所以依然会在这个很小的环形空间内产生并维持足够的热量密度与高能中子密度，这一点极其极其重要！！！因为这为后续引发足够量的锂-6和氘燃料持续参与聚变链式反应，同样创造了极为优异的必要条件！这时温度已经上升到了上亿℃，致使等离子体的整体密度下降到了极低，但由于Tokamak环形强磁场极其强大的磁约束作用，仍然维系在一定的低密度水平。因此，核聚变链式反应的速度也就变得相对地缓慢，进入到了一个平和、稳定的反应平衡状态，并且维持缓慢、持久地自持燃烧，长期稳定地释放出巨大的能量。
强大而致密的高能X射线的产生方法
那么，怎样才能获得强大而致密的高能X射线呢？实际上，不光是核裂变反应能够产生强大的X射线，非裂变的中子核反应，例如：（ n，2n ）、（ n ，3n）中子核反应和中子辐射俘获（ n，γ ），同样也可以获得高能X射线。只不过得先将非裂变中子核反应所释放出来的强大而致密的高能γ射线，透射过玻色－爱因斯坦凝聚态物质（如-271℃以下的液态氦-4）。因为在深冷状态下，围绕着玻色－爱因斯坦凝聚态物质原子核旋转的电子，将急剧塌缩到核周围极小的空间范围内，因此会受到原子核此处超强库仑场的作用，致使电子的结合能变得异常强大！也就是说，此时原子的电子壳层直径塌缩至极小，却极其地“强韧”。那么当非裂变中子核反应所产生的高能γ射线通过玻色－爱因斯坦凝聚态物质时，内层电子吸收高能γ射线的能量发生跃迁，但却由于异常强大的电子结合能而难以完全摆脱原子核的束缚，同时又具有极其强烈地回归低能级轨道的趋势！而当高能级的电子跃迁回去填补空位时，即释放出高能X射线，这样，这一过程持续不断地循环进行，即可将高能γ射线源源不断地转化成为高能X射线。所以，该过程也可以看作是非裂变中子核反应所产生的强大而致密的高能γ射线，通过玻色－爱因斯坦凝聚态物质而“置换”出了高能X射线。
综上所述，“密度”才是贯穿于受控核聚变自始至终最根本、最绝决的因素！！！而不仅仅是高温！通过非裂变中子核反应释放高能γ射线透射过玻色－爱因斯坦凝聚态物质（如-271℃以下的液态氦-4），产生强大而致密的高能X射线，对低温、高密度的液态氘\氚（-253℃）进行聚焦“冷”压缩，实现有效、可靠地聚变点火！则是开启受控核聚变的一把钥匙。

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                                       穆骞
                                       2016.1.1.

muqian · 发表于 2016-1-13 00:08:51

以美国的国家点火设施 (NIF)为例，它是将192条激光束聚焦到一个2毫米的含有氘和氚原子的燃料球，产生1.8兆焦耳的能量，瞬间压缩内部燃料，但是点火没有成功。
而如果把这个毫米级的球形体氘\氚燃料抻长为截面直径仅为几纳米的细丝状线形体，那么，则意味着在同一点的氘\氚量将变为仅有原来的一百万分之一！！！如此极其极其细微的氘\氚的量！在同样X射线的功率下，会被轻而易举地在几皮秒的瞬间率先压缩点燃！！！这也就是压缩细丝状线形体氘\氚聚变点火的奥妙之所在！！！

muqian · 发表于 2016-1-15 22:40:08

以美国的国家点火设施 (NIF)为例，它是将192条激光束聚焦到一个2毫米的含有氘和氚原子的燃料球，产生1.8兆焦耳的能量，瞬间压缩内部燃料，但是点火没有成功。
而如果把这个毫米级的球形体氘\氚燃料抻长为截面直径仅为几纳米的细丝状线形体，那么，则意味着在同一点的氘\氚量将变为仅有原来的一百万分之一！！！如此极其极其细微的氘\氚的量！在同样X射线的功率下，会被轻而易举地在几皮秒的瞬间率先压缩点燃！！！这也就是压缩细丝状线形体氘\氚聚变点火的奥妙之所在！！！

muqian · 发表于 2016-1-15 22:43:50

举一个极其相似的原理类比：航空工业中有一项加工工艺，就是要除去新金属管道内部的细小毛刺，
办法就是在管道当中通入少量的氢气并点燃，利用氢气瞬间爆燃所产生的极其短暂的高温，一瞬间融化掉
其中极为细小的金属毛刺，而对于体量相对非常巨大、厚重的金属管道则完全没有任何影响。
那么一样一样的道理！！！----在受控核聚变点火当中，如果把毫米级的球形体液态氘\氚拉伸成截面
直径仅为几纳米的细丝状线形体，那么在这一点的氘\氚的量就将变为仅仅只有原来的百万分之一！！！这就相当于
上述的极其细小的金属毛刺！所以，在功率有限的X射线聚焦压缩下，会在几皮秒的瞬间被轻而易举地率先压缩点燃！！！
而毫米级的球形体氘\氚（相当于那个体量非常巨大、厚重的金属管道），则几乎不可能被压缩点燃！

muqian · 发表于 2016-1-18 22:15:35

把毫米级的球形体液态氘\氚拉伸成截面直径仅为几纳米的细丝状线形体，那么在细丝状线形体沿轴心线贯穿的
整个激光点火的黑体辐射空腔当中，被压缩点燃条件完全均等的点的数量就将达到百万计！！！而恰恰其中每一个点的
氘\氚量却仅仅只有球形体的百万分之一！！！那么，整个黑体辐射空腔中能够被成功压缩点燃的几率就一下子上
升到了亿级以上！！！所以，当黑体辐射空腔中产生能量极其强大、极其致密的高能X射线，甚至可以不用精确聚焦，
就可以轻而易举地在几皮秒的瞬间率先压缩聚变点燃这数量如此巨大之当中的任意一个点！
（在这里，再打一个比喻：这就像用火柴很容易点燃非常细小的树枝，而不可能点燃大树桩是一样的道理）。
所以说，“高能X射线聚焦压缩截面直径仅仅几纳米的细丝状线形体液态氘\氚聚变点火”这一理论是一举突破受控
核聚变（点火）技术难关的最根本关键！！！
同时，它也巧妙地将Tokamak环形磁场的强磁约束；后续缓慢、持久地自持燃烧氘燃料的补充等等，有机地贯穿了起来。

muqian · 发表于 2016-1-19 23:12:57

打一个形象的比喻，假如说黑体辐射空腔中2毫米燃料球里面有一亿亿个氘\氚原子，压缩这个球形体聚变点火的“愚蠢”就在于：
非常有限的激光功率“事先”得要同时克服这所有的一亿亿个氘\氚原子共同的、极其极其巨大的电子壳层电磁力和库仑斥力！
所以压缩就极其极其地困难！！！这还不算在此过程中激光能量的巨大损耗！而最终得到的结果却是，仅仅只将处于球形体最中心的
那几个氘\氚原子率先压缩聚变点火，然后其它的一亿亿个氘\氚原子再自持燃烧，继而完成整个聚变反应过程。从以上过程可以看出：
本来就非常有限的激光功率其实全部都被“事先”消耗在压缩这所有的一亿亿个氘\氚原子上了，而真正率先实现聚变点火却仅仅只是处于
球形体最中心的那几个氘\氚原子。（实际上，这种压缩方式仅仅适用于氢弹构型，因为氢弹巨量的氘化锂集中聚变点火是有原子弹爆炸
所提供的超级强大功率的X射线作为后盾的！而受控核聚变反应当中的激光功率根本就无法与之相提并论！！！）那么！！！我为什么不
“事先”“绕开”那一亿亿个氘\氚原子而根本不去压缩呢？？？？？？！就只仅仅去压缩那几个氘\氚原子率先聚变点火呢？！！！！！！
这样不就可以极大极大地减小压缩的困难程度了吗？！！！并且将非常有限的激光功率“用在刀刃上”？！！！从而一举使那仅仅几个
氘\氚原子轻而易举地率先实现压缩聚变点火！然后再去逐次剧烈引燃整个细丝状线形体液态氘\氚。这就是“把毫米级的球形体
液态氘\氚拉伸成截面直径仅为几纳米的细丝状线形体”的思想精髓之所在！！！它“事先”完完全全“绕开”了所有这一亿亿个氘\氚
原子同时的、共同的、极其极其巨大的电子壳层电磁力和库仑斥力！！！而仅仅只去压缩几个氘\氚原子，并率先成功实现了聚变点火！！！
黑体辐射空腔中能量极其强大、极其致密的高能X射线的量，远远、远远超出了被压缩的纳米级几个氘\氚原子的量，占据着绝对优势的地位！
这样，极高密度的X射线甚至可以不用精确聚焦，就能够轻而易举地在几皮秒的瞬间率先压缩点燃任意一个点的几个氘\氚原子！
终上所述，我的贡献就在于：提出了“高能X射线聚焦压缩截面直径仅仅几纳米的细丝状线形体液态氘\氚，在几皮秒的瞬间率先实现核聚变点火”
这一理论。从而在有限的激光功率下，亦即当今现有的技术条件下一举突破了受控核聚变（点火）的技术难关！！！

muqian · 发表于 2016-1-22 23:12:50

我总结出受控核聚变点火的三要素：第一， X射线的功率要足够足够强大----在几皮秒之内释放出兆焦耳级的巨大能量，并且还得是聚焦。即瞬间在尺寸仅为毫米级的黑体辐射空腔中，产生出极其极其强大、致密的X射线。第二，被压缩氘\氚的量要足够足够少----只有纳米级的一个点内所包含的氘\氚原子数量。极其极其少的量充分保证了能够被功率强大的X射线轻而易举地瞬间压缩点燃，率先实现核聚变点火！！！第三，压缩点火的时间要足够足够短暂----仅仅只有几皮秒。因为X射线的传播速度是每秒钟30万千米，远远超过了携带氘\氚原子之电子束的前进速度！这样，就可以在短短几皮秒的瞬间压缩点燃细丝状线形体液态氘\氚的任意一个点！
我的“高能X射线聚焦压缩截面直径仅仅几纳米的细丝状线形体液态氘\氚，在几皮秒的瞬间率先发生核聚变点火”为受控核聚变实现有效、可靠的点火奠定了正确的理论基础；而“突破受控核聚变的新方案”则为全面、长期稳定的受控核聚变反应提供了一个整体架构及其路线图。

小贴士：将来，相当于三个足球场大，投资几十亿美元的世界上最大激光核聚变点火装置，全部工作时间却仅仅只有短短的几皮秒！！！完全可以荣膺“全球最懒惰雇员”的称号！

muqian · 发表于 2016-1-27 23:25:40

突破受控核聚变的构型示意图

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