真空在加速器及受控核聚變中的應用

2020-04-18

   加速器是對粒子加速使被加速的粒子獲得高能源的裝置,在加速器中能夠產生各種能量的電子、質子、氘、a粒子及其它重離子。利用這些粒子與物質的相互作用,還可以產生各種帶電和不帶電的次級粒子,如7粒子、中子、多種介子、超子、反粒子等。加速器產 生的粒子和射線已經用于核物理的研究以及醫療、工業、農業食品等部門。

   為確保粒子與殘余氣體分子不發生碰撞 散射現象、真空度必須達到保證粒子直線運動的要求,否則不但會引起束流損失或粒子達不到高的能 量,而且也易發生真空絕緣不夠導致加 速器擊穿,使加速器不能處于正常工作狀態。表9是各種加速器的分類及它們所要求的真空度。

表 9 加速器的類型及其真空度范圍

加速器類型

真空度范圍( Pa )

靜電加速器

1.3 × 10-3~1.3 × 10-4

直線加速器

1.3 × 10-3 ~1.3 × 10-6

回旋加速器

1.3 × 10-4 ~1.3 × 10-4

電子 - 正電子貯存環(意大利)

1.3 × 10-7

質子貯存環(歐美聯合原子核研究中心)

1.3 × 10-9

高義環超導貯存加速器(美國)

1.3 × 10-10

   隨著地球上石油儲量的逐漸減少及大量能源消耗中所引起的環境污染。新能源的開發已經提到日程,其中受控核聚變所產生的巨大能源的利用,就是最理想的一種。

   目前,在這種新能源的開發上主要有兩種,一種是利用重原子核裂變為兩個輕原子核。在其裂變反應過程中所釋放出來的巨大的能量來發電、建立原子能發電站;另一種是利用兩個輕原子( 如氘、氚 )聚合成一個重原子核能釋放出來的巨大能量,這就是核聚變反應。利用這種反應所產生的能量,必須對反應過程加以控制,因此稱為受控核聚變。由于這種聚變的原料氘和氚的來源可從取之不盡的海水中提取,因此它的發展前途是不言而喻的。

   核聚變反應要求的溫度很高:1.約為2億度,這樣高的溫度、只有像太陽那樣的恒星內部才能達到。在聚變反應中,如果氘氚中含有雜質、這種超高溫是很難達到的。因此將核聚變裝置中抽到十分清潔的超高真空是必不可缺少的條件。通常要求的真空度在10-7 ~ 10-9Pa范圍內。

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