戴森球体及聚变推进.docVIP

聚变构想 （限于水平有限，但又十分感兴趣。所以可能有很多硬伤，读者见谅……） 原子能的发现与应用已经延续了近100年，从E mc^2开始，人类走上了一条不可思议的道路。 首先我们有必要了解一下原子能的由来。相信看到质能方程，我们就应该感叹这个世界的转换有多么神奇，从质量到能量之间的转换不免令人心生幻想。但更为神奇的是，当人们发现单个核子在结合为原子核后质量减轻的事实时，对能源的渴求从大规模的水利火电发电转变到了原子间的探微。 中子的质量我们暂且设为1.008665u，质子相差无几，当然从核子的角度讲，是一个小的连忽略这个词都用不着的质量。那么，当两个质子，两个中子结合成为一个氦核时，他们减少△M＝4.032980u－4.002603u＝0.030377u的质量（人教版高中物理选修3-5），小的难以计量，但是如果乘以光速的平方呢？（将u换算成kg）或许数量级没有直观的感觉。俄国制造了5000万吨当量的“伊万”氢弹，爆炸当时所产生的火球直径达4600米，在将近1000公里外的地方都可看见。爆炸产生的蕈状云宽近40公里，高约64公里，相当于珠穆朗玛峰海拔高度的7倍多；爆炸产生的热风甚可以让远在170公里以外的人受到3级灼伤，爆炸的闪光能造成220公里以外人的眼睛剧痛与灼伤，甚至造成白内障以及失明（维基百科）。 那么我们对聚变已经有了初步的认识，由于超高温超高压使得小的原子核聚集成大的，粒子动能化为内能，质量亏损，于是产生了惊人的威力。那么毕竟氢弹只是扔出去等着爆炸就行，但应用该怎么办呢？其实应用着实令人头疼。而这也是接下来所说的关键。 首先，聚变反应堆的“生火”就已经极其困难了。碰撞在原子间庞大的空隙中概率几乎微乎其微，所以即使有了强大的对撞机依然难以产生足够的能量引燃后续的聚变。第二种手段，激光点火。美国研制出的NIF能够产生接近1亿度的超高温模拟恒星内部聚变反应炉的温度，进行精确化的小型核爆。而控制与运用从事则最困难的，毕竟氢弹只需要用原子弹来引爆而无需控制。 那么“生火”问题解决后，现在的瓶颈在哪？氢弹爆炸会产生多高的温度？太阳核心有多少度？现今人类能够创造的耐高温材料极限只有4500度（维基百科），而核聚变产生的高温动辄上千万度。那么我们的新能源该怎么运用呢？一下将给出几种新方法。 戴森球 或许大家都听说过戴森球体，一个文明强大到将自己的恒星包裹起来，完全的利用自己星系里最庞大的能源。太阳同样是聚变炉，我们所做的仅仅是增大表面积，分摊温度。温度的实质是粒子的热运动，那么我们能否在地球轨道建造小型的戴森球体包裹我们自己建造的小太阳呢？或许可能，但问题是，人造小太阳限于质量太小，压根没法像恒星那样提供强大的引力拽着高温粒子流，将他们束缚在一起。我们也必须减少小太阳参与反应的质量，采取多程脉冲式点燃分担每次实验的能量。那么如何防止大量高温粒子集中轰击戴森球而导致局部过热融化呢？或许高中所学的选速器，质谱仪能帮上大忙。我们可以在球体内建立强大的选速器，如左图所示1区域内不存在环形磁场，使高温粒子沿环状磁场运动，而在环状磁场的某些区域添加辐射型磁场，使高温粒子由3阴影区强磁场夹缝中穿过，而在外围2区域则布置“超级选速器”（当然2的区域非常大，图像限于尺寸）那么高温粒子会被分散到一个极广的区域内，从而降低个别区域出现高温情况。进而有效利用聚变能。当然惯性约束更为有效，高能激光照射靶球面，球面因吸收能量而向外蒸发，受它的反作用，球面内层向内挤压约束粒子的“逸出”实现约束目的。 磁镜推进器 当然如果要考虑实用性戴森球着实有点难以实现，但这里还有一个构想。现今利用聚变走得最远的莫属托克马克环了，利用磁约束来稳定高温粒子流，不让他们乱跑。其中一项重要运用就是磁镜（虽然现在改为环形磁场了）。那么磁镜是什么原理呢？ 当绕着磁力线旋进的粒子由弱磁场区进入两端的强磁场区域时，就会受到一反向力的作用。这个力迫使粒子的速度减慢，轨道螺距缩短，然后停下来并反射回去，反射回去的粒子达管子中心区域后，又向另一端螺旋前进，达端口后又被反射回来。 参考：原子能现状与未来 很显然磁约束装置仅仅把它当做束缚粒子的工具，让它来会跑，不至于飞出去。但从动量守恒的角度出发，当粒子减速时必定对施加磁场的线圈产生反作用力，而这就是关键。 磁镜比决定粒子是否能出去，如果粒子被反弹当然还会加速，那么相对应的线圈就会减速，我们不能让它回去，因此可以采取多级磁镜拼接。 如果进行多级磁镜进行钳合式拼接则最后粒子的速度将降至极低，即可用吸收版吸收利用温差发电。这样的利用方式可以绕开传统以核能发电为主的思路，从而不必设计耐高温材料，而且很大程度上避免了因发电而造成的效率问题。直接将内能化为动能，是十分理想的推进器，可以作为航天器的引擎使用。 可控核聚变还有很长的路要走，但是地球上却有13亿