我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT﹣7U,成为国际最先进的磁约束聚变装置.托卡马克装置的主体包括两大部分,就是磁场系统和真空系统.磁场系统包括纵场线圈和加热

首页 > 考试 > 物理 > 初中物理 > 物理常识/2022-06-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

        我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT﹣7U,成为国际最先进的磁约束聚变装置.托卡马克装置的主体包括两大部分,就是磁场系统和真空系统.磁场系统包括纵场线圈和加热场的变压器.纵场线圈用来产生强大的纵向磁场,变压器用来感应产生等离子体电流.真空室一般由薄壁不锈钢制成,既要考虑到足够的机械强度,又要有足够的电阻值,还必须留有绝缘缝隙,保证磁场的渗透.抽气系统一般采用大抽速的涡轮分子泵,将真空室抽成10﹣6Pa以上的超高真空,满足等离子体对纯净环境的要求.聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态,也即进入物质第四态.等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体.在等离子体中,由于高温,电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚,原子核完全裸露,为核子的碰撞准备了条件.当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时,原子核就可以克服斥力聚合在一起,如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行.等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”,当它达到1022时,聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率,必须超过这一基本值,聚变反应才能自持进行.
问题1:什么是轻核聚变反应?需要什么条件?为什么要在如此苛刻的条件下进行?
问题2:用普通容器能否承装反应原料?用什么技术性措施能解决该问题?
问题3:如何产生如此强大的磁场?什么叫低温超导现象?该现象是否遵循欧姆定律?超导现象在什么条件下才能实现?
问题4:为什么在托卡马克中设置真空室?核聚变过程中能量是如何转化的?
问题5:核聚变反应需要什么条件才能自持进行?如果等离子体密度大约为1.0×10﹣6kg/m3,温度为1.16×108℃热能约束时间需达到多少时核聚变才能自持进行?

◎ 答案

(1)轻核聚变是把轻核结合成质量较大的核,释放出核能的反应称聚变反应,又称为热核反应.它需要极大的压强和极高的温度.原因是自持的核聚变反应必须在极高的压力和温度下进行.
(2)不能.因为无法承受极高的压强而导致破裂.可以利用磁场来进行控制.
(3)通过电磁铁来实现.当温度足够低时,某些金属的电阻突然降为0,这种现象叫做低温超导.它不遵循欧姆定律.条件是温度足够低.
(4)目的是满足等离子体对纯净环境的要求.将核能转化为内能.
(5)当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时,原子核就可以克服斥力聚合在一起,如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行.时间=≈8.64s.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“我国建造世界上第一个全超导大型非园托卡马克HT﹣7U,成为国际最先进的磁约束聚变装置.托卡马克装置的主体包括两大部分,就是磁场系统和真空系统.磁场系统包括纵场线圈和加热…”主要考查了你对  【能量转移和能量转化】,【新材料及其应用(半导体、超导体、纳米材料、绿色能源、记忆合金等)】,【物理常识】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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