主题：聚变PK裂变 -- tojinge
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家园 托卡马克与超导（一） 前面讨论的都是裂变的东东。聚变东东咱们也试着讨论一下。说起聚变有两条路，一条路是惯性约束法，另外一条路是磁约束法。从上次美国国家点火实验看来，激光点火的惯性约束法失败了，点火所需的能量远高于大家预期。而以托卡马克为代表的磁约束法，中国EAST在高歌中猛进。中国有望成为“希望国”。
以下是拷贝百度百科的
托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。
二战末期，前苏联和美、英各国曾出于军事上的考虑，
托卡马克内部
http://baike.baidu.com/picview/25094/25094/0/55a628d1ade352589a50270b.html
一直在互相保密的情况下开展对核聚变的研究。几千万、几亿摄氏度高温的聚变物质装在什么容器里一直是困扰人们的难题。二十世纪五十年代初期，前苏联科学家提出托卡马克的概念。托卡马克（TOKAMAK）在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成，这是一种形如面包（多纳）圈的环流器，依靠等离子体电流和环形线圈产生的强磁场，将极高温等离子状态的聚变物质约束在环形容器里，以此来实现聚变反应。
1954年，第一个托卡马克装置在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。当人们提出这种磁约束的概念后，磁约束核聚变研究在一些方面的进展顺利，氢弹又迅速试验成功，这曾使不少国家的核科学家一度对受控核聚变抱有过分乐观的态度。但人们很快发现，约束等离子体的磁场，虽然不怕高温，却很不稳定。另外，等离子体在加热过程中能量也不断损失。
1985年，美国里根总统和前苏联戈尔巴乔夫总统，在一次首脑会议上倡议开展一个核聚变研究的国际合作计划，要求“在核聚变能方面进行最广泛的切实可行的国际合作”。后来戈尔巴乔夫、里根和法国总统密特朗又进行了几次高层会晤，支持在国际原子能机构（IAEA）主持下，进行国际热核实验堆（ITER）概念设计和辅助研究开发方面的合作。这是当时也是当前开展核聚变研究的最重大的国际科学和技术合作工程项目。1987年春，IAEA总干事邀请欧共体、日本、美国和加拿大、前苏联的代表在维也纳开会，讨论加强核聚变研究的国际合作问题，并达成了协议，四方合作设计建造国际热核实验堆。
1990年，中国国家科学院等离子所兴建大型超导托卡马克装置，得到俄、美、欧盟等机构、专家大力的支持。特别是俄罗斯科学家，世界聚变研究最具权威的俄罗斯国家研究中心卡多姆采夫教授，成为装置建设的“经常性技术指导”。
1993年HT－7建成，中国成为世界上俄、法、日（法国的Tore－Supra，俄罗斯的T-15，日本的JT-60U）之后第四个拥有同类大型装置的国家。中国在装置相关的超导、低温制冷、强磁场等研究都登上新的台阶。
1993年12月9日和10日，美国在TFTR装置上使用氘、氚各50%的混合燃料，使温度达到3亿至4亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，大约为JET输出功率的2倍和4倍，能量增益因子Q值达0.28。与JET相比，Q值又得到很大提高。
1997年9月22日，联合欧洲环JET又创造输出功率为1.29万千瓦的世界纪录，能量增益因子Q值达0.60，持续时间2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。
1997年12月，日本方面宣布，在JT－60上成功进行了氘－氘反应实验，换算到氘－氚反应，Q值可以达到1.00。后来，Q值又超过了1.25。在JT－60U上，还达到了更高的等效能量增益因子，大于1.3,它也是从氘－氘实验得出的结果外推后算出的。
2000年，HT－7实验放电时间超过10秒，标志中国在这重大基础理论研究领域中进入世界先进行列。
2002年1月28日，在中国成都的核工业西南物理研究院与合肥西郊的中国科学院等离体物理研究所，基于超导托卡马克装置HT－7的可控热核聚变研究再获突破，实现了放电脉冲长度大于100倍能量约束时间、电子温度2000万摄氏度的高约束稳态运行，中心密度大于每立方米1.2×1019，运行参数居世界前两位。本轮实验有来自美、日等14个研究机构的18位外籍专家参与。
2006年，中国新一代“人造太阳”实验装置（EAST）实现了第一次“点火”——激发等离子态与核聚变。很快，它就实现了最高连续1000秒的运行，这在当时是前所未有的成就。
EAST
EAST
2012年04月22日，中国新一代“人造太阳”实验装置（EAST）中性束注入系统（NBI）完成了氢离子束功率3兆瓦、脉冲宽度500毫秒的高能量离子束引出实验。本轮实验获得的束能量和功率创下中国国内纪录，并基本达到EAST项目设计目标。这标志着中国自行研制的具有国际先进水平的中性束注入系统基本克服所有重大技术难关。
通宝推：daharry,joyfm,老调重弹,桥上,家园 托卡马克与超导（二） 中国的EAST牛在啥地方，一句话概括的好，世界上第一个非圆截面的超导托卡马克实验装置。这里有两个关键词，一个是非圆截面，第二个是超导。
在非圆截面下，等离子体的位形更好。超导的意义更大，可以说没有超导就没有托卡马克的未来。因为托卡马克需要大电流生成大磁场，大电流在普通导体中会因为电阻而生成大量的热能损耗，一个是破坏线路（类似短路），二是造成大量的能耗。所以必须是超导。如果不是超导的话，只能以脉冲电流来约束等离子体。
EAST能取得1000S的放电电流，其超导构造是起着重要作用的。
未来的ITER也将是非圆截面和超导两项指标的。EAST成为了ITER技术验证的实验装置。
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家园 用氢弹发电？ 核爆聚变电站──人类未来能源的希望
彭先觉，刘成安，陈银亮，郭 勤,
尹文华，白 云，陈小伟，屈 明
所谓核爆电站就是利用核装置爆炸释放的能量来发电。而核爆聚变电站所使用的核装置属于“干净型”，即它所释放的能量中聚变能占绝大部分。核装置的设计原理与氢弹基本相同，但它所使用的热核燃料是氘而不是氘化锂。烧掉1 kg 氘，可以获得约80 kt TNT 当量的能量。氘在水中含量很高（天然水中重水约占0.015 %），海水中含有的氘达1013 t，可以说是取之不尽用之不竭。核爆能量的裂变部分
可以来自U233，也可来自Pu239。前者由Th232吸收中子而生成，后者由U238 吸收中子而生成。因此可以利用地球上的钍和铀来作核燃料，当然必须在爆炸的同时实现钍→铀和铀→钚的转换。地球
上钍、铀资源量大致相当，而裂变能仅占总能量的10 %或更少，故从核燃料资源看，这种能源方式可以单独支持人类能源供给数万年。
基于上述考虑，设想中的电站应由四部分组成,即爆洞、发电厂、核装置生产厂和核燃料回收处理厂。爆洞 它的半径60~80 m，可置于山体内也可置于地下。洞壁内衬一定厚度的防钠腐蚀的不锈钢，在内衬与岩体之间填充耐冲击的预制件。洞内把空气抽掉，充入惰性气体氩，目的是防止金属钠与氧的化学反应。在爆炸的全过程中，爆洞都必须做到很好密封，既防止洞外空气进入，也要防止洞内含有放射性的气体溢出。发电厂 核爆聚变电站的发电厂原则上与快堆电站的发电厂无异，只是可能要求它的发电能力更大。因为一个爆洞可能具有1～4 GW 的发电能力。
核装置生产厂 假定：核装置的爆炸威力为10 kt TNT 当量，电站的热电转换效率为40 ％，
则一座1 GW 电站每天需要爆炸5～6 个核装置。
如果希望电站的发电能力越大，则需要生产的核装
置就越多。因此，核装置生产厂必须实行流水生产
线作业，必须具备一定的规模。
核燃料回收处理厂 它的任务是回收金属钠中的裂变核燃料铀、钍和钚，气体中的聚变核燃料氘和氚；同时要清除金属钠中的其他杂质，并回收其有用部分，以便核装置制造时再利用；此外也要清除气体中的杂质，包括气体中的放射性杂质，以保持一回路运行中的安全。
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家园 错，应该是核爆涡扇发电机。 这个所谓核爆发电机是用核爆加热介质，取用很麻烦。我觉得不好用。
其实可以更加直接一点：
冲击波推动风扇发电。
其实就是战斗机所使用的涡扇发动机的放大版。
超大规模的涡扇发动机。
史上最大规模的风力发电机：核爆冲击波式风力发电机。
只不过战斗机所用的涡扇发动机的废气是直接对大气喷出的，核爆涡扇发电机的废气需要预先设置出口，比如真空室。不然能量都用来对约束层做功，浪费掉了。如果排气口做成长井，口上封上一个金属条，就可以转换成为一个超级大炮。
这样的核爆风力发电机瞬时发电能力大约可以摧毁一个国家的电网，哈哈。
另外一条就是，介质可以使用水或者其他合适的介质传到力量给扇叶。估计扇叶要用塔式扇叶。
理论上可行，嗯，理论上比现在的核电站还要可行。而且还可以合法进行核试验。
当核爆可以变成日常任务的时候，人类对核爆的了解将可以更加深刻。
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家园 只有想象力，没有可行性！ - 复 用氢弹发电？
家园 多少有些疯狂的设计 人类还没有能力搞出能够多次耐受1万吨当量爆炸的结构。山体也不行。“洞壁内衬一定厚度的防钠腐蚀的不锈钢，在内衬与岩体之间填充耐冲击的预制件。“光这两个条件就几乎是不可能的。如果有这样的技术条件，几个核大国早就可以重复使用固定的核试验零点了（不用重复挖洞放置试验装置）。在最近的将来也不可能。
家园 在预设的场地里，以吸收能量而不是核爆为目的，会不会容易 比如液体的海洋里？
或者真空环境中？
大国的核弹测试，当量会变化吧，比如大当量的，几十万吨，或者小当量，几千吨？
美国人设想过1千吨TNT的氢弹来发电，量级小一个数字。
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家园 氢弹发电是目前核聚变发电最为可行的道路 它的原理很简单，就是做一个很大的容器，或者挖一个大洞，然后在里面放上氢弹，一个个地点爆，然后利用氢弹产生的能量来发电。
一说氢弹，大家心里就会升起恐惧，实际上氢弹不见得比原子弹的威力更大。以彭先觉所设想的氢弹，不过就是1万吨TNT，这个当量和朝鲜爆那颗原子弹当量是一样。
朝鲜尚且有办法不让污染物扩散出来，何况中国这个核技术大国呢？
彭先觉的思路是这样的，造一个30米直径的大容器，然后放上钠作为冷却剂，然后在中心点燃氢弹。顺便在大容器里顺便放上钍或者铀238，因为核聚变会产生大量的中子，用这些中子可以将铀238和钍转换成铀235或者钚，也就可以为普通反应堆生产原料了。
这个想法的技术难度在什么地方呢？
30米直径容器，太大了！
还要放入金属钠，钠遇水遇到空气就会燃烧，何况是放在30M的容器呢，而且里面是氢弹，呵呵，简直太危险了。
如果能用铅冷，如果容器缩小到10M，或许这条路就是可行的。当然他们选择金属钠，30M直径，肯定是经过计算的。
但是与无论是激光核聚变和磁约束核聚变相比，制造30M的容器选择恰当的冷却剂，这条道路技术难度都是最低的，更何况1万吨TNT的核弹技术已经是现成的东西。
- 复 用氢弹发电？
家园 对氢弹的要求 用于电站的核爆炸装置作用有三：放能、生产核燃料、消除长寿命核废料。
首先，核装置应是聚变份额大于90 % 的“干净型”氢弹。其目的: 一是大大减小放射性特别是长寿命放射性物质的生成量（长寿命放射性物质主要来自重核裂变）；二是要尽可能地延长人类的供能时间。我们探索研究的情况看，在总威力10 kt TNT的条件下，可以实现烧氘，且可做到裂变威力≤1 ktTNT。这种装置不必用Li6 造氚就可实现氚的循环和增殖。实现烧氘，这只有在核爆炸装置中才能做到，因此烧氘是核爆聚变电站最为重要的优势。
烧氘核装置中主要发生的核反应如下：
D+D→p+T+4.05 MeV
D+D→n+3He+3.27 MeV
n+3He→p+T+0.78 MeV
2D+2T→2n+24He+35.2 MeV
整个反应过程，消耗6 个氘核，放出43.3 MeV能量和2 个14.1MeV 高能中子。烧氘型核装置的一大特点是产生的中子数特别多。一次10 kt TNT 级的聚变放能，同时可释放出约1.2×1025 个高能中子。原则上不能让大量的高能中子逃出弹体而进入钠中，否则，高能中子将会与钠原子核发生（n，2n）反应，生成大量的长
命Na22(半衰期2.6 a)，这对爆洞和第一回路的安全运行是很不利的。必须把这些中子很好地利用起来，其中最最重要的就是要利用它来生产核燃料。已找到一种方法，可以把中子的利用率提高至40 %~50 %，即一次爆炸可生成约2 kg 的U233 或Pu239。而
一次爆炸本身消耗的铀或钚仅50 g 左右，因此核爆聚变电站除提供能源以外，还可以大量生产核燃料。所生产的核燃料可供同等功率的4~5 个热中子电站来用，这将大大延长热中子反应堆能源方式的生命期。
- 复 对氢弹的要求
家园 给氢弹发电泼冷水 此设想除了一件事外全都可行，即造不出这样的氢弹来。
目前没有哪个核大国公开过氢弹的原理，但从目前公开半公开的资料侧面分析，氢弹并非聚变弹而只是聚变裂变混合弹。
1.大国生产氢弹的门槛仍然是裂变材料甚至是浓缩铀的产量，参见某国对中国蛋蛋数的估计；
2.大国销毁氢弹的结果是出口了大量裂变堆燃料，导致国际市场天然铀价格很不正常。
氢弹大致相当于聚变裂变堆，引爆过程如下：
1.核扳机引爆，众所周知纯裂变效率极低，但不要紧，核扳机的主要目的是引发下一步的聚变反应，具体方法就是讨论过多次的X射线折射或者反射内爆了；
2.聚变反应启动，这个效率应该还是不高，但也不要紧，其主要目的是产生比1多几个数量级的快中子，引爆外层的亚临界裂变材料。
3.外层的裂变材料是氢弹的为例主要来源，也是成本主要所在。因为本身亚临界加上极大数量级快中子，可以实现极高效率的裂变反应。
中子弹相关资料更少，应该是只有1，2步的氢弹。牺牲核反应效率换取高比例中子输出，当量在那里摆着。
有人大概要举例沙皇核弹。请先仔细读几遍数据，有很多媒体论述是文艺性夸张。
ADS搞好了的话，可以实现微小体积加近似零核废料的。