主题：【原创】热核聚变笔记 -- 滕诺

在与中科院相关的朋友吃饭时听到的。说做托克马克的才是真的奔清洁能源去的，而激光的方案，不管是NIF还是神光，动机都不纯，都是因为现在不能做核试验了，用于验证新型核武器理论的。当然了NIF或者神光上的一些研究可以直接用在军事上。

这个不是自不量力吗？

氘核包含一个质子一个中子、氚核包含一个质子两个中子，而氦核包含两个质子两个中子，所以反应同时必须释放一个中子，伴随大量的能量。

纠正，先谢谢一声

原子也是由质子中子和电子组成，组成时会放出能量，这个能量称为原子的结合能，同时损失一部分原有的总体质量，这个质量损失和结合能是按照那个著名的爱因斯坦的能量＝质量与光速的平方的公式的。

如果原子组成之后，尤其是原子核形成后，要打开这个原子需要与结合能相同的能量，这个有点类似于化学反应与逆反应。

而结合能最大的不是重核，如著名的铀235，也不是轻核如氢，而是质量中等的原子核，于是重核裂变成中等核有能量放出（先有外来的中子轰击，带来的能量高于重核的结合能，于是重核裂变，在形成中等核时放出的结合能高于重核+外来的中子能，于是裂变能量就产生了），而轻核聚变成中等核也有能量放出（在极高温和极高压下，轻核聚变成中等核，也是轻核解体的结合能小于中等核形成时释放的结合能，于是聚变能就产生了）。

假设连续自持核聚变在等离子体环核心一毫米以内发生，姑且叫它临界距离。在临界距离上，等离子温度应该仅略低于聚变临界温度。那么，不论用任何材料，都必须能够维持从聚变临界温度到室温，也就是大约一亿度的温差。抬头看看太阳我就知道这样的材料当然是不存在的，或者远超当今人类知识水平。即使约束水平大幅度提高，将聚变环束的直径缩小到一微米乃至一纳米，仍然不改变这个一亿度温差。所以我认为关键问题是什么样的材料和结构才能够在一个有现实意义的径向距离上维持一亿度的温差，即找到并合理实现一个巨大的径向温度梯度。

我这外行看来，最简单的办法是加大约束环壳体。比如说，径向两百米(这个聚变堆将无比巨大...)，那么梯度变为每米一百万度，仍然很陡，但总比每米一亿度好多了。考察内燃机的结构，虽然燃烧过程被合金或陶瓷壳体约束，但是机体本身得到冷却系统的强力支持。否则内燃机很快就烧得通红。那么，假如约束环内有一个制冷机制，比如逐次向外，径向对流的等离子和气体和液体(比如，水...)，多层传导散热，实际上就不需要去找耐受万度高温的材料。简单地说，我的设想是把无解的耐高温问题分解转换为起始点火问题和多凝聚态稳定性维持问题。

我设想中的装置是这样运行的。首先当然是抽真空，加磁约束，注入氘氚燃料，加热，直至发生高能中子。这时调整燃料磁场等等，目的是获得长延时的稳定聚变反应。当我们小心地向环形腔注入微量水蒸气，可以想象，一部分水蒸气将被瞬间电离。如果此时聚变功率足够大，绝大部分新生等离子体和水分子将被辐射压缩到内壁。如果磁场又足够强，那么极少的高能离子可坍缩至约束等离子体环，在内壁至核心仍然动态维持着一个的高真空区。反应器可能要承受爆炸式的瞬时高压，但我认为这并不超越现有技术水平。当压力稳定之后，就可以小心地向反应器内灌水和向外导水，在内壁上形成连续水层，作为一级冷却水，吸收高能中子，向二级冷却水传热发电。那已经是成熟技术。简单描画这个设想中的反应器由外自内是，高温液态水层、高温水气层，高温电离层，坍缩真空区，约束等离子区，结构在动态上相对稳定。

中科院的神光II后继神光III被九院“抢”去了，所以口气有点“酸”，给我科普惯约的人说搞惯约至少一石二鸟，清洁能源即使无法完成，但核武器的验证这个目标也不错。

提问：

1：能效超过几，才算是达到了一般认知下的“足以解决人类能源问题，进而改变地缘政治的”程度？

2：持续时间几秒，是理想状态，即可稳定出电，并有充足经济效益的状态？

3：托卡马克状态是否就是以上状态的表述？

那么，是否E=MCC中的M，即释放出来的这个中子的质量？

中子还在呢，怎么能变成能量。

E总是等于mC^2。聚变过程中，总E不变，总m也不变。不存在m减小，质量差变成E这个说法。总而言之，能量总是守恒的，质量也总是守恒的。

不管是1亿度温差还是100亿度温差，根本不用去关心材料的耐温问题，没有任何材料可以耐受哪怕仅仅是1万度的高温。

正确理解这个问题不难，注意一点，在真空下，热量仅以热辐射的形式传递，发热区的温度不管多高，哪怕是1万亿度，受热体只要不与发热区直接接触，那么受热体的温度仅与单位面积上的热辐射量有关，所以即使是上亿度下的核聚变反应，只要控制好反应的强度，反应区包围壳体上的温度就不会太高，甚至能够低于火焰的温度，完全可以用常规的水管将热量导出。目前的问题在于：氘氚聚变反应会放出快中子，氚本身也是放射性元素，这个才是影响材料的关键因素而不是温度。假设氦3的聚变可以在磁约束下的真空反应区内实现，虽然反应区的温度会比氘氚聚变反应区高得多，但因反应过程不会出现快中子和放射性物质，那么用常规火力发电的热交换装置就可以了。

1.ITER计划的能效是10。至于后半个问题，可以这样说，能效不是一个决定性的指标。如果顺利，2050年建设世界第一台热核聚变电站的话，专家估计，经过50年的建设，热核聚变发电能力大约能达到全部发电能力的30%。

2、理想状态当然是持续不断地进行了。ITER的目标是400秒，功率50万千瓦。

3、托卡马克不是状态，是对电离体实现电磁约束的一种途径，一般说托卡马克装置。

1：为什么能效不是一个决定性的指标？不正是因为消耗少出力多，多拉少吃才被推崇为人类能源的终极方案么？

2：400秒出力，然后停机，这就能解决人类的能源需求？就算400秒出力够强，瞬间点亮全球电灯，出力完了怎么办？全球电灯一齐熄灭？