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第12章 聚變原理

“鍾”的軀體被分解,康德星聯邦政府公佈了蓋亞星上生物基地的發現。

這條訊息如同瘟疫一般在康德星瘋狂傳播,笛卡爾星系外還有其他生命,而且還有不同形式的生命體。這似乎已經說明,宇宙很擁擠!

但是現在的技術還不足以支撐宇宙航行!康德星人就算是想要出去走一走的想法,但是面對遼闊的宇宙還是望而卻步。即使他們現在掌握了現代航天技術,無論是推進系統還是能源系統,面對宇宙就像在海洋中划著槳,一切都是徒勞無力。

康德星人的目光聚焦在了古神星上的核聚變基地,倘若古神星上的基地能有所突破,能源方面也就不成問題,即使推進系統有些拉垮。一旦能源問題能得到徹底解決,推進系統也能由此得到一些突破。

“索倫,母星上傳來訊息,鐘的機械心臟就是一個小型的託卡馬克裝置!”索倫的助手奧本海默說道。

索倫.利維坦,物理學界天花板一樣的存在,雖然沒有哥白尼、姜定康、門捷列夫那些科學家出名,但是在物理學界,他是所有人公認的第一人。更恐怖的是目前他所有的論文全部被聯邦學術協會認定為最高階別論文,而且保密級別最高。

布魯諾曾經評價他,一個人就是一顆百萬噸TNT當量的核彈!正因為如此,布魯諾將這個核聚變的機會交給了他。

然而實現聚變,不同於裂變要達到臨界質量和臨界體積那樣簡單。雖然目前康德星人研發出了氫彈,但是無法長久的實現聚變。為了讓核聚變長久的反應下去(自持燃燒),必須要考慮三乘積指標,即是溫度、壓力、約束時間。而約束時間只有大於自持燃燒時間才能實現自持燃燒。

當然,溫度越高,所需的氣壓越小,相反,所需的氣壓越大。

因此,為了實現聚變,託卡馬克裝置應運而生。當然,隨著技術的發展,慣性約束、磁約束等技術也是層出不窮。磁約束因為壓力較小,所以不得不採取高溫和較長的約束時間。

而慣性約束,約束時間較短,因此必須提高壓力,原理上和氫彈類似,但是它用鐳射或粒子束代替了原子彈。

索倫.利維坦目前主要研究的是利用磁約束實現聚變。但是氘氚聚變反應所需的溫度會讓原子結構崩潰成為等離子體,而等離子體就是電子和原子核的混合物。由於電子帶負電,原子核帶正電,可以透過磁場控制。只要創造一個磁籠,等離子體就會繞著磁力線轉圈,從而被束縛在磁力線周圍。由於洛倫茲力的特點,只在垂直於磁感線上的運動方向起作用。

假設帶電粒子橫跨磁力線運動,就會被磁感線束縛,一旦帶電粒子平行於磁感線運動,磁場便無法束縛帶電粒子,如果一個斜著飛行的帶電粒子便會在一邊沿著磁感線方向飛一邊轉圈!

普通人想到這裡也許就會知難而退,但是索倫創造性的將磁籠首尾相接,形成一個圓環。在這樣的結構中,磁感線變成一個環,只要在磁感線中運動,帶電粒子便永遠無法飛出這個磁籠!

但是特殊的結構還是導致了一個缺點:磁場強度不均勻的問題。在裡面的磁場強度大,在外面的磁場強度小,磁場強度存在梯度變化。由於不均勻的磁場,帶電粒子就會發生漂移!電子向上漂移,原子核向下漂移。由於這種現象,就會在垂直於環狀的方向上產生一個電場。可是又有什麼辦法中和這個電場呢?

天才之所以被稱之為天才,就在於他能想出最精妙的想法並且能夠解決問題。

索倫在磁籠中間加上線圈,通電後就會形成一個不斷變化的磁場,等離子體與這給個電場相感應,就會產生環狀電流,也就是變壓器的原理!而新的電流又會產生新的磁場,新磁場和原磁場混合,環狀的磁力線就會形成麻花狀,帶電粒子就會在螺旋運動的磁感線形成的磁面上被有效束縛!

構思到這裡,也許普通的天才也已經到了極限,但是索倫.利維坦可不是一般的天才,他在此的設計之上,再加上一組線圈,形成一個垂直的磁場,從而對等離子體實現精確的控制。

縱場線圈、歐姆場線圈、平衡場線圈,三個磁場組合下的裝置就可以控制等離子體!

然而理論和實踐還是相差不少,雖然理論很完整,但是由於該裝置也存在一個缺陷。等離子體環半徑、環的截面、磁場強度,這三者同時決定了該裝置實現的難度。等離子體環半徑決定了密度極限,環的截面決定了等離子體電流強度,磁場強度決定了能量約束時間。這就是聚變要實現的三乘積,而只有達到10的21次方這個能力級,才能讓聚變反應在不需要額外能量的基礎下進行下去!

這樣奇妙的設計完成的那一年,索倫不過是一個剛剛畢業的博士!

論文一經發表,就被聯邦學術會議列為最高階別論文,而且只有透過聯邦議會准許的學者才有資格閱讀。

而他那一年不過才只有17歲!

......

普通人也許能取得這樣大的成就,隨後就會沉寂了,但是僅僅過了三年,他的新論文的發表再次引爆了物理學界!

Z箍縮!這個名詞甚至在當年成為康德星最熱詞彙!

已知電和磁的關係,當電流透過圓柱形導體,由於趨膚效應,會導致電流傾向於從導體表面透過,根據麥克斯韋方程式,磁場圍繞電流轉圈,洛倫茲力也隨之出現。根據這個原理就可以設計出Z箍縮裝置。

最簡單的Z箍縮裝置,就類似如下:兩個接上電源的套筒,中間放置一個氘氚球的靶丸,套筒外圍設定一圈極細的鎢絲。

當巨大的電流透過鎢絲就會瞬間等離子體,同時產生一個強大並且圍繞套筒的磁場!這樣的等離子體在洛倫茲力作用下衝向軸心位置。這一過程中,電磁能和動能轉化為內能!等離子體也會瞬間升溫,壓縮靶丸,完成內爆!

但是回顧其原理,這就是一種慣性約束!

似乎索倫.利維坦天生就是研究核反應的天才,僅僅又過了三年,這妖孽再次突破,磁化靶聚變再度引爆學界!

磁化靶,在球形託卡馬克裝置技術的基礎上,安上蒸汽錘!裝置外安上一圈活塞,用蒸汽壓縮,這樣就可以獲得高壓!然而託卡馬克技術在約束上的優勢,只需要壓力足夠大,同樣可以實現聚變!

又是一個三年迴圈,索倫這個傢伙,再次提出了一個新方案!

碰撞離子束!

碰撞離子束技術,簡單來說,就是利用反場構型產生兩團等離子體,兩團等離子體撞擊再一起,再注入高能離子束,加溫離子云同時短暫約束離子云,從而達到一定的能量約束時間。在這樣情況下,溫度、密度、約束時間達到一定的標準,也同樣會產生聚變!

無數的榮譽讓這個年輕人成為物理學界的明星,但是同樣,出於對他的保護,索倫.利維坦這個名字消失在了大眾視野。聯邦甚至為這個年輕人安排軍隊護衛他的安全,甚至在安全護衛方面,還遠超過布魯諾的警衛!

鐘的出現,如果索倫能從中得到啟迪,說不定人類未來的聚變之路也就不遠了!

但是,在索倫看來,價效比最高的聚變技術無非是磁化靶!蒸汽朋克風格,管他什麼鐳射,還是Z箍縮,最便宜的還得是磁化靶。

“索倫先生,鐘的軀體到了!”一個少將推開大門,將鐘的情況彙報給了索倫。

索倫的眼前一亮,聽說這個機械人的心臟是聚變裝置的時候,他就幾乎要前去研究。雖然他提出來這些手段和方案,但是現在他根本無法將自己的方案完成!科技的限制,還是讓索倫的這些方案無法百分百的完成。

就單單說Z箍縮,即使已經制造出來雛形機,但是還沒有實現點火。

而普通的託卡馬克裝置,溫度方面又無法滿足聚變的條件。最便宜的磁化靶,還處在摸索階段,目前還沒有實物。最後一種碰撞離子束,這幾乎是在進行科幻創作。

索倫苦笑了一會,自己研究了這麼久,終究還是要借鑑外星文明,才能實現最終的聚變!

少將領著索倫和奧本海默向著鐘的心臟而去。

數十名士兵守在運輸飛船錢,甚至子彈已經上膛,隨時準備戰鬥一樣。

少將快速向一個穿著軍裝的老頭跑去:“邁阿密上將,少將藤原太一前來報道,請指示!”

上將叼著菸斗,無視藤原太一,急匆匆取下菸斗,恭敬的向著索倫和奧本海默行了一個標準的軍禮:“古神星指揮官索倫同志,邁阿密前來報道!”

少將一楞,眼前這個上將居然在向著這個絲毫沒有半點軍人模樣的人行禮!