Question

我國建造世界上第一個全超導大型非園托卡馬克HT-7U，成為國際最先進的磁約束聚變裝置．托卡馬克裝置的主體包括兩大部分，就是磁場系統(tǒng)和真空系統(tǒng)．磁場系統(tǒng)包括縱場線圈和加熱場的變壓器．縱場線圈用來產(chǎn)生強大的縱向磁場，變壓器用來感應(yīng)產(chǎn)生等離子體電流．真空室一般由薄壁不銹鋼制成，既要考慮到足夠的機械強度，又要有足夠的電阻值，還必須留有絕緣縫隙，保證磁場的滲透．抽氣系統(tǒng)一般采用大抽速的渦輪分子泵，將真空室抽成10^-6Pa以上的超高真空，滿足等離子體對純凈環(huán)境的要求．聚變的第一步是要使燃料處于等離子體態(tài)，也即進入物質(zhì)第四態(tài)．等離子體是一種充分電離的、整體呈電中性的氣體．在等離子體中，由于高溫，電子已獲得足夠的能量擺脫原子核的束縛，原子核完全裸露，為核子的碰撞準備了條件．當?shù)入x子體的溫度達到幾千萬度甚至幾億度時，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同時還有足夠的密度和足夠長的熱能約束時間，這種聚變反應(yīng)就可以穩(wěn)定地持續(xù)進行．等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱為“聚變?nèi)�重積”，當它達到1022時，聚變反應(yīng)輸出的功率等于為驅(qū)動聚變反應(yīng)而輸入的功率，必須超過這一基本值，聚變反應(yīng)才能自持進行．
問題1：什么是輕核聚變反應(yīng)？需要什么條件？為什么要在如此苛刻的條件下進行？
問題2：用普通容器能否承裝反應(yīng)原料？用什么技術(shù)性措施能解決該問題？
問題3：如何產(chǎn)生如此強大的磁場？什么叫低溫超導現(xiàn)象？該現(xiàn)象是否遵循歐姆定律？超導現(xiàn)象在什么條件下才能實現(xiàn)？
問題4：為什么在托卡馬克中設(shè)置真空室？核聚變過程中能量是如何轉(zhuǎn)化的？
問題5：核聚變反應(yīng)需要什么條件才能自持進行？如果等離子體密度大約為1.02×10^-6kg/m³，溫度為1.16×10⁸℃熱能約束時間需達到多少時核聚變才能自持進行？

Answer 1

【答案】分析：本題需要從題目所給條件中分析主要內(nèi)容，結(jié)合問題作答．核聚變是核能利用的一種形式，已經(jīng)廣泛地被利用到核電站的建設(shè)當中．
解答：答：（1）輕核聚變是把輕核結(jié)合成質(zhì)量較大的核，釋放出核能的反應(yīng)稱聚變反應(yīng)，又稱為熱核反應(yīng)．它需要極大的壓強和極高的溫度．原因是自持的核聚變反應(yīng)必須在極高的壓力和溫度下進行．
（2）不能．因為無法承受極高的壓強而導致破裂．可以利用磁場來進行控制．
（3）通過電磁鐵來實現(xiàn)．當溫度足夠低時，某些金屬的電阻突然降為0，這種現(xiàn)象叫做低溫超導．它不遵循歐姆定律．條件是溫度足夠低．
（4）目的是滿足等離子體對純凈環(huán)境的要求．將核能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．
（5）當?shù)入x子體的溫度達到幾千萬度甚至幾億度時，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同時還有足夠的密度和足夠長的熱能約束時間，這種聚變反應(yīng)就可以穩(wěn)定地持續(xù)進行．時間=≈8.64s．
點評：本題考查學生對題目條件和核聚變內(nèi)容的理解情況，難度較大．