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《D-3He系统的聚变点火燃烧过程》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第9卷 第2期强 激 光 与 粒 子 束Vol.9,No.21997年5月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSMay.,19973XD-He系统的聚变点火燃烧过程曾先才 张利发 高耀明 李氵云生(北京应用物理与计算数学研究所,计算物理实验室,北京8009信箱,100088)33摘 要 对少高能中子的D2He聚变系统的点火燃烧过程进行了解析研究,给出了D2He聚变点火和燃烧条件,并用数值模拟方法计算了几个典型的物理模型,得到了有关的物理图象和一3些主要计算结果。研究结果进一步论证了D2He聚变系统是将来少中子聚变电站的最佳候选
2、者。3关键词 热核聚变 点火 燃烧 D2He系统3ABSTRACTTheprocessesofignitionandburninginthefusionsystemofD2Hewithasmallnumberofneutronshavebeenanalyzedandthecorresponingconditionsofignitionandburn23inghavebeengiveninthispaper.SeveraltypicalphysicsmodelsofD2Hereactionhavealsobeen3simulatednumerical
3、ly.TheresultsfurtherdemonstratethatthefusionsystemofD2Heistheop2timumcandidateofthefusionpowerwithasmallnumberofneutronsinfuture.3KEYWORDSthermalnuclearfusion,ignition,D2Hesystem0 引 言80年代美国通过地下实验(HaliteöCenturion计划)论证了间接驱动惯性约束聚变(ICF)[1]的科学可行性。1988年宣布,研究表明用5～10MJ激光输入能量可以在实验室获得1
4、000MJ[2]的输出能量,增益达到100倍。后来他们进一步研究指出:估计将激光输入能量降低到1MJ,仍有可能达到同样的增益。目前,美国正在加紧建造国家点火装置,各国科学家也正在加强国际合作,试图加速ICF的研究,尽早实现实验室的微聚变。然而,目前ICF的研究主要是以氢的同位素氘(D)和氚(T)为聚变燃料的。D2T聚变虽然要求的温度比较低,易于实现,聚变反应产生的放射性物质比裂变反应产生的要少得多,放射性的寿命也可以短得多,从而可以避免长期的环境污染;但是,氚以及DT反应过程中产生的14.1MeV高能中子都具有很强的放射性,对器件和人体都是十分有害
5、的。所以,在未来的聚变电站中,我们必须采用新的干净的聚变燃料来代替D2T,以便尽可能地减少或完全避免产生高[3]能中子。311目前讨论比较多的聚变燃料是氘2氦(3)(D2He)和质子2硼(11)(H2B)。它们的反应过程分别为:34D+He=He+H+18.35MeV(1)和114H+B=3He+8.9MeV(2)3国家自然科学基金(19377204)和国家高技术惯性约束聚变领域资助课题。1996年6月24日收到原稿,1997年4月21日收到修改稿。曾先才,男,1941年10月出生,副研究员。©1995-2005TsinghuaTongfangOp
6、ticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.3第1期曾先才等:D2He系统的聚变点火燃烧过程209前者虽然仍要牵涉到D2D反应,要产生高能中子和氚,氚要与氘继续反应被燃烧殆尽,也要产生高能中子,但是,把涉及到的所有反应道包括在内所产生的总的高能中子也只是单纯的D2D[4]11反应的高能中子产额的二十分之一;后者则完全没有中子产生。然而,H2B的反应截面比311较小,实现聚变反应非常困难;D2He反应截面虽比D2T的小,却比H2B的大,实现聚变要相33对地容易。同时,据报道,在月球上蕴藏着丰富的He气体,如果将来用He作聚变
7、燃料将不愁3其源。因此,许多科学家认为,在解决能源的诸多方法中,D2He将是少中子的聚变电站的最可[5～7]取的候选聚变燃料。33 最近几年,陆续发表了一些讨论D2He点火燃烧的文章。P.Pieruschka等人讨论了D2He11[8]"和H2B的体压缩和体点火参量的可能性。V.A.Burtsev等给出了D2T点火的D2He热核[9]3燃烧的数学模拟结果。本文将首先从物理分析入手,估计D2He的点火和燃烧条件,然后重点用数值模拟方法研究它们的点火燃烧过程,给出相关的结果。31D2He的点火和燃烧条件3D2He的热核聚变可以通过不同的点火和燃烧途径
8、来实现。这里,我们只讨论平衡点火和非平衡点火条件以及非平衡燃烧的情况。1.1 平衡点火条件3 所谓平衡点火,指的是在电子
