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1 # 正宗踏歌藍采和
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2 # 知對知錯學物理
謝邀!如何把高溫的等離子體約束限制在一定空間是非常困難的事。這相當於把一團極高溫的火球裝在一個容器裡,沒有材料能做核聚變反應堆的“容器壁”,有人想到了磁場。磁場看不見摸不著,任何高溫與它無關,最重要的是,它能讓帶電粒子轉彎,所有等離子體都帶電,都會受到磁場約束。只要磁場足夠強大和穩定,可將這團核子火球約束在內,這種裝置叫“托克馬克”。
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3 # 艾伯史密斯
答:超導託卡馬克裝置(EAST)的原理非常簡單,就是利用帶電粒子在磁場中運動,受洛倫茲力來約束粒子;當然實際操作並不容易。
一、基本原理基本原理在中學就學過,我們知道:
1、帶電粒子在靜電場中受力,會沿著電場線方向;
2、帶電粒子在磁場中運動後,會受到洛倫茲力;
分析:在恆定磁場中,洛倫茲力會使運動的帶電粒子做圓周運動,在恆定電場中會偏向電極。
如果採用電場來做約束,需要閉合電場線的電場才行,靜電場中電場線是不封閉的,封閉電場只有變化的磁場能夠產生,所以用電場做約束行不通。
於是,最佳的選擇,就是用磁場來做約束,稱作“磁約束”。
二、EAST中帶電粒子的受力分析EAST的磁場,實際中很複雜,但是我們可以簡單地,看作兩個磁場的疊加——極向磁場B1和縱向磁場B2。
合成磁場的磁感線,如上圖所示,是一條一條的螺旋線。
我們來分析看看,為何帶電粒子無法逃出來,對於真空室軸心為中心的各同心面,都可以把磁場B分解為B1和B2。
我們需要發揮點空間想象力,假設某正電荷偏離了軸心:
1、對於帶電粒子的軸向的速度來說,極向磁場B2與運動方向平行,不產生洛倫茲力;
2、同樣對於軸向的速度來說,我們根據洛倫茲力的左手判則,縱向磁場B1產生的洛倫茲力指向軸心;
3、對於帶電粒子的徑向速度來說,極向磁場B2產生的洛倫茲力使得粒子環軸運動;
4、同樣對帶電粒子的徑向速度來說,縱向磁場B1產生的洛倫茲力使得粒子向前加速;
5、對於粒子的環軸速度,極向磁場B2產生的洛倫茲力指向軸心,縱向磁場B1與運動方向平行不產生洛倫茲力;
以上五條,我們對粒子在三維空間中,極座標三個方向的速度,都進行了分析,結果是運動的粒子無論向哪個方向運動,最終都會被洛倫茲力推向軸心,然後把其他方向的速度轉化為向前的速度。
這是一個非常完美的結果,意味著我們根本不需要考慮粒子熱運動後的隨機運動方向,因為粒子熱運動在所有方向的動能,都會被洛倫茲力強制轉變為向前的動能,然後把粒子的運動範圍限制在軸線附近。
三、結論與運用所以,只要我們提供足夠強的磁場,就可以無限注入能量,這些能量部分轉化為帶電粒子的內能增加溫度,部分轉化為粒子定向環繞速度的動能。
因為受到磁場的約束,超高溫粒子根本無法和裝置的內壁接觸,所以熱傳導和對流完全失效,唯有熱輻射還在損失熱能,只要加以適當的冷卻裝置就行。
這就解釋了託卡馬克裝置,能約束上億度粒子流的原因,如果採用超導線圈,就可以在不大的裝置內實現超高溫粒子的約束,當然,其中的粒子必須是帶電粒子才行,比如質子和電子。
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4 # 九門提督坎震離
不用想那麼複雜,吹泡泡的時候,有個大泡泡,你不想它落地破裂,朝它吹氣就行了。往下,往左,往右隨便你。
你雖然看不見你吹的氣,但是你知道這樣管用。
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5 # 金童希瑞
物質是金屬氫聚合形成的;磁場裡高速流動的物質轉化成金屬氫,金屬氫的“磁力矩”相互切割聚合形成新元素的同時伴生電磁波。
托克馬克依靠磁場把高速流動的物質轉化的金屬氫約束在反應腔裡,但是金屬氫的數量是有限的,不可能長時間聚合形成新元素並伴生電磁波。
太陽是物質高溫、高壓下高速旋轉形成的“渦流”;“太陽初級射線”進入地球磁場產生金屬氫,金屬氫的“磁力矩”聚合形成新元素的同時伴生電磁波——Sunny。可見,太陽不是產生了聚合反應。
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溫度是宏觀尺度的引數,在微觀下本質是微粒的運動。隔絕溫度指的是隔絕熱量的傳遞,也就是微粒動能的傳遞。用磁場和真空來約束,熱量沒有了傳遞的介質,就被隔絕了。科學原理很簡單,但是實現這個技術非常困難,所以用托克馬克裝置來實現受限核聚變是目前還在發展的頂尖技術。