Question

我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT-7U，成为国际最先进的磁约束聚变装置．托卡马克装置的主体包括两大部分，就是磁场系统和真空系统．磁场系统包括纵场线圈和加热场的变压器．纵场线圈用来产生强大的纵向磁场，变压器用来感应产生等离子体电流．真空室一般由薄壁不锈钢制成，既要考虑到足够的机械强度，又要有足够的电阻值，还必须留有绝缘缝隙，保证磁场的渗透．抽气系统一般采用大抽速的涡轮分子泵，将真空室抽成10^-6Pa以上的超高真空，满足等离子体对纯净环境的要求．聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态，也即进入物质第四态．等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体．在等离子体中，由于高温，电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚，原子核完全裸露，为核子的碰撞准备了条件．当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行．等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行．
问题1：什么是轻核聚变反应？需要什么条件？为什么要在如此苛刻的条件下进行？
问题2：用普通容器能否承装反应原料？用什么技术性措施能解决该问题？
问题3：如何产生如此强大的磁场？什么叫低温超导现象？该现象是否遵循欧姆定律？超导现象在什么条件下才能实现？
问题4：为什么在托卡马克中设置真空室？核聚变过程中能量是如何转化的？
问题5：核聚变反应需要什么条件才能自持进行？如果等离子体密度大约为1.02×10^-6kg/m³，温度为1.16×10⁸℃热能约束时间需达到多少时核聚变才能自持进行？

Answer 1

分析：本题需要从题目所给条件中分析主要内容，结合问题作答．核聚变是核能利用的一种形式，已经广泛地被利用到核电站的建设当中．

解答：答：（1）轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应称聚变反应，又称为热核反应．它需要极大的压强和极高的温度．原因是自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行．
（2）不能．因为无法承受极高的压强而导致破裂．可以利用磁场来进行控制．
（3）通过电磁铁来实现．当温度足够低时，某些金属的电阻突然降为0，这种现象叫做低温超导．它不遵循欧姆定律．条件是温度足够低．
（4）目的是满足等离子体对纯净环境的要求．将核能转化为内能．
（5）当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行．时间=

1022

密度×温度

≈8.64s．

点评：本题考查学生对题目条件和核聚变内容的理解情况，难度较大．