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氦-3聚变是可实现的吗? 第1页

  

user avatar   jiehou1993 网友的相关建议: 
      
氘和氘聚变所用的温度比氘和氦三聚变的温度低,这么说氘会先把自己消耗掉

我猜答主想问的是,在D-He3聚变中,D会不会通过D-D聚变先消耗掉,从而阻止D-He3聚变。

聚变的反应速率可以用reactivity来衡量(反应截面σ与粒子速度v乘积的平均值),在等离子体密度相等的情况下,反应速率正比于reactivity。而reactivity是随温度变化的:

确实,在大约3亿K温度以下,D-D聚变的reactivity是要高于D-He3聚变的。但这个时候两个反应的reactivity都很低(注意坐标是对数scale),两种反应都很难发生。

想要用D-He3聚变发电,反应堆肯定不能在<3亿K的温度区间运行(劳森判据会非常高),而应该在红色曲线的峰值处,也就是10亿K左右的温度下运行。而在这个温度下,D-He3的reactivity是要高于D-D聚变的。但这个差别在1个量级以内,D-D聚变的确是无法避免的。

有一个办法倒是能够降低D-D聚变的的概率,那就是降低等离子体的D/He3比例。作为二级反应,D-D聚变的速率正比于D离子密度的二次方,但D-He3聚变的速率正比于D离子密度的一次方。所以当D/He3比例降低时,D-D反应速率会降低的更厉害。不过这个方法属于杀敌一千自损八百,不一定划算。

氘会先把自己消耗掉,没有辐射的核聚变真的就实现不了吗?

D-D聚变确实是会产生中子辐射的。因为D-D聚变有两个截面相等的反应路径:

第一个反应生成T+H,二者的原子核都带电,可以通过磁约束的方式来控制,所以这个反应的辐射危害是较低的。

但第二个反应路径产生He3+中子n,中子是没法被磁约束的,所以还是会有中子辐射问题。不过这个中子的能量(2.45 MeV)比D-T聚变中子的能量(14.1 MeV)低很多,处理起来也会比较容易。

另外,纯He3聚变是不产生中子的:

但从反应截面(容易实现程度)来看,D-T > D-D > D-He3 > He3-He3,也就是说He3-He3聚变实现起来更加困难。目前研究最多的,还是最容易实现的D-T反应。




  

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