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能源与利用
能源利用与分析
张昊然刘航宇邓涛牛祥凯刘鸿飞李旭博华亿鹏娄云杰田大川
郑州市回民中学理科3班能源组
本研究性课题,主要是对古往今来各大能源的产能原理,运作方法进行研究调查。
本课题将会以理论为基础,将物理,化学,生物知识运用其中,并根据所学知识,结合合理的想象,对未来能源进行展望,并设计相关的设计图,并用数据结合公式进行计算,尽量做到有理有据。
关键词:
能源:
原理:
实用性:
未来
一.能源
(一)石器时代到工业革命
回顾往昔的历史,每次人类社会的进步都伴随着新能源的利用。
在遥远的石器时代,在生产力极度低下的时代,人类的死亡率极高,据统计,平均年龄为30岁左右。
在某一次巧合下,人类掌握了火。
火,这种源自有机物剧烈氧化而产生的化学能源,大大促进人类历史的发展。
但是此时人类对火的利用极为有限。
大约在4000年前,农业社会开始了。
农业社会中利用的能源是太阳能系统的能源,植物能源如木材是主要能源。
从广义能源的意义上看,食物也是能源,是一次能源,人体能(人力)是二次能源,是由食物的能量转化而来。
按照同样道理,畜力也是二次能源。
在农业社会太阳能也被利用,光利用(照明)和热利用(取暖、海盐制造等);风能也被利用,如风车和帆船。
在农业社会,水能和地热也曾被利用。
古时有将水能转换为机械能的设备,如水轮泵和水磨等,用于提水灌溉和磨面。
用温泉水沐浴是利用地热的例子。
在漫长的农业社会,能源结构几乎没有多大变化。
木材的来源是砍伐森林。
由于生产发展,人口增加,人类长期砍伐森林,破坏植被,导致自然生态问题,同时引起木材资源的匮乏,导致农业社会的能源危机。
随着社会的不断发展,生产力水平呈指数上升,对能源的需求也愈演愈烈,最终,人类开始使用煤来做主要能源。
煤可以用作燃料,早为人们知晓。
但是由于煤又黑又脏,开采又较困难,人们不喜欢使用。
14~16世纪木材短缺已严重威胁西欧和北欧人民的生活,1700年首先在英国决定以煤代替木材作为能源基础,以后逐渐扩展到欧美各国。
煤能源利用技术也在的不断发展。
终于,工业革命开始了。
(二)第一次工业革命
第一次工业革命,可以说有两个核心,第一是煤炭,第二就是蒸汽机。
煤炭的影响可以说是贯穿着整个工业历史,直至今日,一个国家煤炭的拥有量依然是衡量一个国家科技发展的不可或缺的指标。
煤是地壳运动的产物。
远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期,大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤,从植物死亡、堆积、埋藏到转变成煤经过了一系列的演变过程,变成了如今世界丰富的煤炭储存量。
煤主要的燃烧作用是煤中所含的C,燃烧的主要产物是CO2,一般含量为30%到70%。
煤中其少部分为H,仅为2%到5%,但燃烧产热的发热量很高;另外一小部分为S,在煤中含量不固定,约为0.2%到5%,一般煤中含有1%即为高硫煤。
煤中的S对于锅炉设备和环境的危害都是十分巨大的。
C完全燃烧的化学方程式:
C+O2=(条件点燃)CO2
H完全燃烧的化学方程式:
2H2+O2=(条件点燃)2H2O
S完全燃烧的化学方程式:
S+O2=(条件点燃)SO2
1molC完全燃烧放出110.5Kj的能量,而1molC重量为12g,而地球上可利用的煤炭资源也易于开采。
所以说,C是第一次工业革命的最重要的能源。
提起瓦特,首先应该想到他所改良的蒸汽机,蒸汽机的利用,是人类历史上一次巨大的飞跃,它开创了以机器代替手工劳动的时代。
煤作为主要能源,释放煤能量的主要中介物为蒸汽机,通过将煤炭燃烧的热能转变为机器做功的机械能。
通过煤炭的燃烧使大锅炉里所放置的水变为水蒸气,如图所示的水蒸气(蓝色圆点)
慢慢聚集最后在圆球型的活塞顶起大量水蒸气进入到蒸汽机的做功部分。
水蒸气将大型底盘向下慢慢推下来带动飞轮的转动。
飞轮的特殊结果使得它可以持续做功。
水蒸气从小孔排出。
而飞轮由于惯性带动就会被带动一周后新的水蒸气进行第二次循环。
这就是整个蒸汽机的做功过程。
但是蒸汽机也存在着巨大的缺陷,首先蒸汽离不开锅炉,整个装置既笨重又庞大;新蒸汽的压力和温度不能过高,排气压力不能过低,热效率难以提高;它是一种往复式机器,惯性力限制了转速的提高;工作过程是不连续的,蒸汽的流量受到限制,也就限制了功率的提高。
种种的局限性,象征着第一次工业革命很快就会达到饱和,生产力的快速发展也将难以继续。
在人类对生产力的狂热的渴望中,第二次工业革命开始了。
(三)第二次工业革命
19世纪中期,随着资本主义经济的发展,自然科学研究取得重大进展,19世纪是一个人才辈出的世纪,提出电磁感应的法拉第,发现电流磁效应的奥斯特......一项项基础理论的发表,为不久将来“电气时代”的来临奠定了坚实的基础。
第二次工业革命,最为核心的无非是内燃机和实用性发电机的发明。
一.内燃机
内燃机是一种利用燃料在机器内部燃烧,将内能直接转化给动能的动力装置,依赖于大量化石能源。
内燃机包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机、自由活塞式发动机和喷气式发动机,目前应用最广泛的是活塞式内燃机。
往复式内燃机被广泛应用为汽车的动力装置,而其他形式内燃机使用条件局限较大,只被应用于某些有特殊需求的大型机械。
内燃机是在蒸汽机,即外燃机的基础上设计制造出来的。
最初的内燃机是以煤气为燃料,随着石油的开发,更易运输,热值更高的柴油和汽油逐渐进入人们的视野。
以石油为原料内燃机的出现,大大提高了燃料的利用效率,同时往复式内燃机小巧轻便的优点使其迅速进入家庭中。
人们进入了汽车时代。
1.结构原理
汽缸是往复式内燃机完成能量转化的机构。
往复式内燃机汽缸工作都需经过四个过程:
吸气,压缩,做功,排气。
图示为四冲程内燃机的一个工作循环:
在二冲程往复式内燃机汽缸中中,吸气和压缩在同一个冲程中完成,做功和排气在同一个冲程中完成,如图:
在汽缸中,燃料的热能转化为动能,但还需要其他机构来将汽缸转轴的动能转化为汽车的动能。
除汽缸外,一个完整的往复式内燃机还需要曲柄连杆机构,配气机构,冷却系统,润滑系统,燃料供给系统,点火装置等一系列机构和系统来完成燃料热能到汽车动能的转化。
2.效率对比
往复式柴油机
往复式汽油机
喷气式内燃机
自由活塞内燃机
效率
30%--45%
25%--35%
55%--60%
38%--45%
效率是衡量内燃机的重要指标,这关系到日益减少的化石能源能否被充分利用,但这并不是衡量内燃机的唯一标准,实际使用中必须考虑到内燃机的体积,功率,噪音等许多方面,这使往复式内燃机脱颖而出。
3.优缺点
内燃机给人们生活带来的便利毋庸置疑,但同时,它的弊端也逐渐暴露出来。
和内燃机出现之前的外燃机相比:
①内燃机的效率更高,使燃料可以被更充分地利用
②不同内燃机的功率不同,较大的功率范围使其拥有较广的适用范围
③体积小,重量轻
④操作简便,启动迅速
它的弊端也不可忽略
①对燃料的要求较高,一种内燃机一般只允许使用一种燃料
②对环境的污染日益严重
③内部结构复杂,技术要求较高
4.发展趋势
内燃机的燃料问题是今后内燃机发展的重点。
如今的内燃机体积,功率等已经符合人们生产生活的需要,但却面临着能源短缺、环境污染这两大挑战。
提高效率可以有效解决这两大问题,但效率的提高,必须拿体积、功率等作出牺牲,而且效率再高,消耗和污染也是避免不掉的。
相比之下,使用清洁能源成了一个理想有效的方法。
氢气的高热值,低污染引起了人们的关注。
氢能的利用,理论上可以使目前的内燃机功率翻一倍,并且真正做到零污染。
以氢气为原料的内燃机必将在未来大放光彩。
二.电动机
电动机(Motor)是把电能转换成机械能的一种设备。
它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩。
电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机,电力系统中的电动机大部分是交流电机,可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)。
电动机主要由定子与转子组成,通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关。
电动机工作原理是磁场对电流受力的作用,使电动机转动。
基本结构
一、三相异步电动机的结构,由定子、转子和其它附件组成。
(一)定子(静止部分)
1、定子铁心
作用:
电机磁路的一部分,并在其上放置定子绕组。
构造:
定子铁心一般由0.35~0.5毫米厚表面具有绝缘层的硅钢片冲制、叠压而成,在铁心的内圆冲有均匀分布的槽,用以嵌放定子绕组。
定子铁心槽型有以下几种:
半闭口型槽:
电动机的效率和功率因数较高,但绕组嵌线和绝缘都较困难。
一般用于小型低压电机中。
半开口型槽:
可嵌放成型绕组,一般用于大型、中型低压电机。
所谓成型绕组即绕组可事先经过绝缘处理后再放入槽内。
开口型槽:
用以嵌放成型绕组,绝缘方法方便,主要用在高压电机中。
2、定子绕组
作用:
是电动机的电路部分,通入三相交流电,产生旋转磁场。
构造:
由三个在空间互隔120°电角度、对称排列的结构完全相同绕组连接而成,这些绕组的各个线圈按一定规律分别嵌放在定子各槽内。
定子绕组的主要绝缘项目有以下三种:
(保证绕组的各导电部分与铁心间的可靠绝缘以及绕组本身间的可靠绝缘)。
⑴对地绝缘:
定子绕组整体与定子铁心间的绝缘。
⑵相间绝缘:
各相定子绕组间的绝缘。
⑶匝间绝缘:
每相定子绕组各线匝间的绝缘。
电动机接线盒内的接线:
电动机接线盒内都有一块接线板,三相绕组的六个线头排成上下两排,并规定上排三个接线桩自左至右排列的编号为1(U1)、2(V1)、3(W1),下排三个接线桩自左至右排列的编号为6(W2)、4(U2)、5(V2),.将三相绕组接成星形接法或三角形接法。
凡制造和维修时均应按这个序号排列。
3、机座
作用:
固定定子铁心与前后端盖以支撑转子,并起防护、散热等作用。
构造:
机座通常为铸铁件,大型异步电动机机座一般用钢板焊成,微型电动机的机座采用铸铝件。
封闭式电机的机座外面有散热筋以增加散热面积,防护式电机的机座两端端盖开有通风孔,使电动机内外的空气可直接对流,以利于散热。
(二)转子(旋转部分)
1、三相异步电动机的转子铁心:
作用:
作为电机磁路的一部分以及在铁心槽内放置转子绕组。
构造:
所用材料与定子一样,由0.5毫米厚的硅钢片冲制、叠压而成,硅钢片外圆冲有均匀分布的孔,用来安置转子绕组。
通常用定子铁心冲落后的硅钢片内圆来冲制转子铁心。
一般小型异步电动机的转子铁心直接压装在转轴上,大、中型异步电动机(转子直径在300~400毫米以上)的转子铁心则借助与转子支架压在转轴上。
2、三相异步电动机的转子绕组
作用:
切割定子旋转磁场产生感应电动势及电流,并形成电磁转矩而使电动机旋转。
构造:
分为鼠笼式转子和绕线式转子。
⑴鼠笼式转子:
转子绕组由插入转子槽中的多根导条和两个环行的端环组成。
若去掉转子铁心,整个绕组的外形像一个鼠笼,故称笼型绕组。
小型笼型电动机采用铸铝转子绕组,对于100KW以上的电动机采用铜条和铜端环焊接而成。
⑵绕线式转子:
绕线转子绕组与定子绕组相似,也是一个对称的三相绕组,一般接成星形,三个出线头接到转轴的三个集流环上,再通过电刷与外电路联接。
特点:
结构较复杂,故绕线式电动机的应用不如鼠笼式电动机广泛。
但通过集流环和电刷在转子绕组回路中串入附加电阻等元件,用以改善异步电动机的起、制动性能及调速性能,故在要求一定范围内进行平滑调速的设备,如吊车、电梯、空气压缩机等上面采用。
(三)三相异步电动机的其它附件
1、端盖:
支撑作用。
2、轴承:
连接转动部分与不动部分。
3、轴承端盖:
保护轴承。
4.风扇:
冷却电动机。
电动机的模式图
发电机
发电机(英文名称:
Generators)是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。
发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。
发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此,其构造的一般原则是:
用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。
主要结构
发电机通常由定子、转子、
端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。
工作原理
柴油发电机
柴油机驱动发电机运转,
将柴油的能量转化为电能。
在柴油机汽缸内,经过空气滤清器过滤后的洁净空气与喷油嘴喷射出的高压雾化柴油充分混合,在活塞上行的挤压下,体积缩小,温度迅速升高,达到柴油的燃点。
柴油被点燃,混合气体剧烈燃烧,体积迅速膨胀,推动活塞下行,称为‘作功’。
发电机模式图
(四)现代
①天然气
1.随着生产力的指数增长模式,能源的消耗越来越多,而可燃气体的使用大大减缓了能源的匮乏,这些气体的主要成分是气态低分子烃和非烃气体混合组成的气态化石燃料,其实百分之九十以上是甲烷,由于是气态燃料,相对于液体燃料更易运输。
天然气的开采方法与石油相比虽然无明显优势,但天然气分布的领域要比石油广,产出的类型、贮集的形式也比石油多样,这使得天然气更易开采。
同时,页岩气作为天然气的一种,其开发具有开采寿命长和生产周期长的优点,大部分产气页岩分布范围广、厚度大,且普遍含气,这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。
1.使用状况
较之于传统化石能源,天然气拥有众多的优势
①天然气是较为安全的燃气之一,它不含一氧化碳,也比空气轻,一旦泄漏,立即会向上扩散,不易积聚形成爆炸性气体,安全性较高。
②天然气是一种洁净环保的优质能源,几乎不含硫、粉尘和其他有害物质,燃烧时产生二氧化碳少于其他化石燃料,造成温室效应较低,因而能从根本上改善环境质量。
③天然气的热值于其他化石能源相当,丰富的储量使其价格更加便宜,更加适合普通家庭使用
2.发展趋势
中国一次能源消耗百分比(%)
原油
天然气
原煤
核能
2010年
19.5
3.7
70.5
0.7
2011年
18.8
4.2
69.4
0.8
2012年
18.2
4.5
68.6
0.7
2013年
17.9
4.8
67.4
0.9
2014年
17.7
5.1
66.5
0.8
2015年
17.5
5.6
66.0
1.0
中国一次能源消耗百分比中,天然气的比重稳步攀升,原油、原煤这些传统能源比重逐步下降,而核能这一新能源由于技术限制暂时无法实现普及。
天然气凭借其众多优势被人们重视,使用率逐渐上升。
天然气将成为未来三十年内的最重要的一种能源,很快将为人类带来新一次的能源革命,煤和石油不再是人类赖以生存的必需品。
天然气,页岩气在中国丰富的储量也将为中国带来发展机遇,降低我们的生活成本。
②风能和水能
在大气圈,水圈的运动中蕴藏着巨大的能量,这些能量如果有一半能够被人类利用,就已足够全人类使用,这些深不可测的能量中就包含风能和水能。
1.利用前景
风能和水能都属于清洁能源,绿色能源,可再生能源,并且都是近乎无穷尽的。
开发风能,水能,对改善能源结构,促进经济发展,缓解由于消耗煤炭、石油资源所带来的环境污染有重要意义,目前世界各国都把发展风能水能放在能源发展战略的优先地位。
2.限制及弊端
风能:
1.风速不稳定,产生的能量大小不稳定;2.风能利用受地理位置限制严重;3.风能的转换效率低;4.风能是新型能源,相应的使用设备不是很成熟。
5)只有在地势比较开阔,障碍物较少的地方或地势较高的地方适合用风力发电。
水能:
1.造成生态破坏,大坝以下水流侵蚀加剧,对野生动植物影响较大2.需筑坝移民等工作,基础建设投资大,搬迁任务重.3.降水季节变化大的地区,少雨季节发电量少甚至停发电4.下游肥沃的冲积土减少
3.利用现状及趋势
当前由于技术的限制,煤电依然占据主导地位,风能水能的利用正在逐年增长,发电量目前也是可观的,但完全取代煤电还需要技术上的突破,近些年很难实现。
人类如果能够利用这巨大能量中的一部分,就将迎来一次新的能源革命。
但由于技术的限制,人类目前只能利用其中的0.1%左右,但这0.1%就已给人类带来很可观的能量。
②核反应
裂变反应堆
原理
我们知道,有些重原子核能分裂成两个轻原子核。
因为原子核的稳定性与原子核内的核子数有关,核子数越大,在极小尺度下的正电荷越多,其之间的库仑力就越大。
但是在这种极小的尺度下,强相互作用就起到维护核稳定的作用。
所以,越重的元素,其原子核中中子数也就越多,也越容易衰变。
重核分裂成两个轻核过程中,需要吸收一些能量,就像化学反应的活化能一样,如图
这股能量就来源于外来中子,当一个中子高速射进一个铀核(这里就以铀235为例,实际钚、锯、堳等都可以裂变),使铀-235核变为激发态的铀-236核,这时,裂变开始了。
裂变过程中会放出一些中微子,光子,同时还会放出两个中子,并生成Xe和Sr。
Xe和Sr以相反的方向逃逸,带走了大部分能量(大约80%),而产生的光子则向外界逃逸,同时带走部分质量。
高速的Xe,Sr,光子会提高系统内粒子动量增加,从而放出热量。
按照铀核的裂变反应式U+n→Sr+Xe+2n一个铀核裂变产生2个高速中子,这两个高速中子再射入两个铀核,在产生4个中子,就像如图
反应开始大量并快速进行,根据质能转换公式E=mc2来计算,核裂变的裂变方程种类很多,总体平均每个重核释放约200MeV(这个视原子核和中子能量不同而异,对于热中子U235为207MeV,Pu239为214MeV),根据质能转换公式1原子质量单位相当于931.5MeV,裂变损失的质量可以这样计算百分比207/931.5/235=0.0946%;钚239可以类似计算约为0.0961%.
操作流程
核裂变装置和流程极其繁杂,其中每个步骤都甚为详细,由专业人员实时监控,不容许出一丝差错。
右图则是简化的流程图。
首先说反应堆,反应堆是整个裂变过程的核心,其主要由控制棒和燃料组成。
先看左下图,排列紧致的堆芯处,排放着指定数量,密度的浓缩铀棒,铀棒按照计算好的距离有规律的排列。
因为当铀棒相接近时,就会发生裂变反应,所以启动裂变只需调整下铀棒的位置。
我们知道,正常的铀核是不能裂变的,只有中子射进铀核,形成铀235时才会发生裂变,但是,不加节制的裂变就成了核弹。
为了实现对反应堆的控制,主要方法是向堆内增加或减少能强烈吸收中子的材料来改变堆的反应性。
硼、铪 、镉及其化合物都可用作控制材料,通常把它们制成棒状或片状应用,称为控制棒。
控制材料也可以用液体形式,例如,把硼酸水溶液加到用作慢化剂和冷却剂的水中,就可以起控制作用,但这一方法只能在反应性变化较慢的条件下应用。
中子增殖系数不仅同中子在堆内的生成和吸收有关,还同中子由堆内往外的泄漏有关。
因此,在用液体作为慢化剂或冷却剂和反射层的堆中,调节液态反射层水位,从而改变中子的泄漏份额也可以用作控制反应堆的方法。
裂变产生的巨大热量促使水蒸发为水蒸气,快速的水蒸气气流通过汽轮机,带动转子转动从而发电,水蒸气再通过水泵重回蒸汽发生器内,进行循环。
核聚变
几个重要原理
{结合能}聚变的反应原理和裂变似乎恰好相反,裂变是一个重核分成两个轻核,而聚变则是两个轻核合成一个重核,可能有人会感到疑惑,核分裂会使质量亏损,亏损的质量转化为能量,而相反的过程应该是消耗能量生成质量,怎么能用来发电呢?
其实这里有一个概念叫结合能,两个质子,两个中子,合成一个He核时候,会放出一部分能量,这种能量就叫做结合能,一种核子的结合能越大,说明形成核子时质量亏损的越多。
而结合能随着元素序数先增加,后下降,在铁的时候,结合能比最大。
所以,无论是裂变,还是聚变,只要使元素向铁接近,就会放出能量。
{等离子体}等离子态是聚变燃料所处的状态。
等离子体又叫做电浆,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。
物质由分子构成,分子由原子构成,原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。
当被加热到足够高的温度或其他原因,外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子,就像下课后的学生跑到操场上随意玩耍一样。
电子离开原子核,这个过程就叫做“电离”。
这时,物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀的“浆糊”,因此人们戏称它为离子浆,这些离子浆中正负电荷总量相等,因此它是近似电中性的,所以就叫等离子体。
{洛伦兹力}我们上学期刚学过的知识,带电粒子在磁场运动时,磁力的作用方向永远和带电粒子的速度方向垂直。
且力的大小符合公式F=qvB,洛伦兹力和速度,磁场强度呈正比关系。
由上面两条基本定理可以得出,带点粒子在磁场中运动时,会围绕磁感线作螺旋形运动。
而且螺旋半径随着速度的增大而增大。
1托卡马克磁约束装置
托卡马克,是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。
它的名字Tokamak来源于环形、真空室、磁、线圈。
最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。
托卡马克的中央是一个环形的真空室,外面缠绕着线圈。
在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,将其中的等离子体加热到很高的温度,以达到核聚变的目的。
结构
如图,整个装置的像是一个巨大的环状磁铁,托卡马克的外壳,主要是降温器和线圈,以便使导体达到超导的状态,产生足够强的磁场。
而磁场又分加热场和极向场,加热场顾名思义,就是用来增加由注入口注射进来的中性燃料氚原子的动能,宏观上就表现为温度越来越高。
真空管内的磁场线是环状的,所以,氘核就在真空管内作螺旋运动,同时又在不停加热场的作用下不断的加速,于是,速度越快,温度越高。
而且外部超导体产生的极向场是非常大的,所以粒子在其中的运动轨迹几乎就是磁感线的空间排布情况。
在达到1000万k时候,氘核的动量已经足够巨大,足以克服原子核间的电磁力,于是,聚变开始了。
聚变反应放出巨大的能量,又进一步增加体系的温度,使反应继续进行,而产生的部分热量由K+液导出,此时K+的速度极快的通过发电通道,利用霍尔效应的原理进行发电。
2惯性约束聚变
惯性约束始于20世纪70年代,用于惯性约束的驱动器在不断发展,主要有高功率激光驱动
器、相对论电子束驱动器、轻离子束驱动器和重离子束驱动器。
其中,研究得较为广泛、进展较大的是激光驱动器,常用的是钕玻璃激光器,技术上也较成熟。
这里就以激光驱动器为例。
惯性约束聚变是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身,从而实现核聚变反应的一种方法。
其基本思想是:
利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体,在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内,通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态,从而发生核聚变反应。
由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的,因而称为惯性约束聚变。
惯性约束聚变又称靶丸聚变,为实现受控核聚变的一种途径。
它是利用高功率的脉冲能束均匀照射微球靶丸,由靶面物质的消融喷离产生的反冲力使靶内氘氚燃料快速地爆聚至超高密度和热核温度,从而点燃的高效率释放聚变能的微型热核爆炸。
所以,整个装置主要是由激光器,靶丸,发电装置构成。
在惯性约束聚变中,劳孙条
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