《三體》描寫的人造太陽能實現嗎？可控核聚變與託卡馬克裝置工作原理【萌萌戰隊】

在三體描述的未來世界裡 人類艱難脫制的封鎖迎來第二次瘟疫復興 在危機90年 終於造出了可控核聚變裝置 反映爐中燃起的微型太陽 只消耗很少的燃料 就能釋放出巨大的熱量來發電 以至於那時的人都不知道電表為何物 因此本視頻要介紹一種未來可能實現可控核聚變的環流氣 而瞭解它的基本原理 將對那些準備穿越到未來 體驗超光速飛行的網友大有弊意 由於電解海水剩下的重水就是導核氚的氧化物 並且導氚反應在覈聚變裡最容易發生 當二者結合為氦原子時 會釋放一個中子和17.6兆電子伏能量 如果用1公斤導氚混合物聚變發電 按綜合效率40% 可發電約3500萬度 但原子核帶蒸電荷同性排斥形成經電勢累 像牆一樣把原子核隔開無法結合 因此 導氚混合器要加熱到1億度以上 才能使原子核獲得足夠的動能 克服勢累而相遇反應 為此 蘇聯人在上世紀70年代 發明瞭通過磁約束來容納高溫等離子體的波卡馬克裝置 其簡化原理是 以一定角度向無限長度螺線管裡的雲牆磁場發射帶電粒子 讓其受到落輪滋力 一邊在垂直面上轉圈 一邊前進 這樣 聚變反應的高溫就會被限制在螺旋形路徑上 使容器免受破壞 按此設想 把螺線管頭尾相連變成圓環 就可讓帶電粒子在裡面持續轉圈 但發現彎曲的螺線管 內圈的磁力線變得密集 而外圈變得稀疏 造成截面上磁場強度內強外弱 帶電粒子從外側進入時 落輪滋力不斷增大 轉彎半徑不斷減小 向外側運動時 轉彎半徑又不斷增大 導致粒子化的圈圈層層錯位 向上飄移 於是 託卡馬克裝置採用了巧妙的解決方法 它將若干環向線圈拼接起來 替代螺線管 在中間的真空金屬管道裡製造內強外弱的環向磁場 圓環中心放一個歐姆線圈用來製造極向磁場 啟動前先給環向線圈通電 並將刀川混合器通進管道裡 啟動瞬間歐姆線圈的電流迅速減小 極向磁場會跟著減弱 讓管道感生出強電流 推動自由電子加速裝機氣體 使原子核和電子分離 變成一坨刀川等離子體 在環向磁場中螺旋前進 形成了等離子體的環流電流 這股電流製造的磁場又和管道裡的磁場疊加 使疏密不均的磁力線發生扭轉 變成麻花 以螺旋形走位 週期均勻分佈在磁場截面上 花圈的帶電粒子無論在截面上向哪個方向飄移 都會受到限制 從而實現了磁約束 同時 歐姆線圈和等離子體環流 還通過電磁感應構成了一個變壓器 當線圈電流急劇減小時 環流的感生電流就會增大 因此 託卡馬克裝置實際是讓等離子體作繭自縛 通過自己形成的電流 實現了自我磁約束和自我電加熱 這時繼續給管道裡沖入氣體 等離子體的密度和壓力會進一步提高 溫度將繼續攀升 最終能夠達到核聚變的反應溫度 因此 三體中的人造太陽在未來很可能實現 在小說中 這種類似的磁約束可控核聚變裝置 還被用來驅動時空驅離引擎 該聚變裝置發出的強大電力 產生了能夠影響時空的電磁場 讓玻璃罩裡煙荷大小的平臺前方 時空出現收縮 而後方的時空膨脹 於是 邊界處的正常時空泡泡 就被前後變形的時空前拉後推 讓泡泡裡一根靜止的頭髮 跟隨時空前進了2釐米 經計算 泡泡前進距離超過10米 裡面頭髮就會相對地球達到超光速 因此 可控核聚變裝置驅動的時空驅離引擎 讓那時的恆星級戰艦 太空穿梭機和水滴 實現了超光速飛行 看來 要進入超光速時代 首先要有取之不盡的電力 因此 我們期待科學家早日掌握可控核聚變技術 以便能燒更多的開水來發電