真空在加速器及受控核聚變中的應(yīng)用

2020-04-18

  加速器是對(duì)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(chǎn)生各種能量的電子、質(zhì)子、氘、a粒子及其它重離子。利用這些粒子與物質(zhì)的相互作用,還可以產(chǎn)生各種帶電和不帶電的次級(jí)粒子,如7粒子、中子、多種介子、超子、反粒子等。加速器產(chǎn) 生的粒子和射線已經(jīng)用于核物理的研究以及醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)食品等部門(mén)。

  為確保粒子與殘余氣體分子不發(fā)生碰撞 散射現(xiàn)象、真空度必須達(dá)到保證粒子直線運(yùn)動(dòng)的要求,否則不但會(huì)引起束流損失或粒子達(dá)不到高的能 量,而且也易發(fā)生真空絕緣不夠?qū)е录?速器擊穿,使加速器不能處于正常工作狀態(tài)。表9是各種加速器的分類(lèi)及它們所要求的真空度。

表 9 加速器的類(lèi)型及其真空度范圍

加速器類(lèi)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(huán)(意大利)

1.3 × 10-7

質(zhì)子貯存環(huán)(歐美聯(lián)合原子核研究中心)

1.3 × 10-9

高義環(huán)超導(dǎo)貯存加速器(美國(guó))

1.3 × 10-10

  隨著地球上石油儲(chǔ)量的逐漸減少及大量能源消耗中所引起的環(huán)境污染。新能源的開(kāi)發(fā)已經(jīng)提到日程,其中受控核聚變所產(chǎn)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(kāi)發(fā)上主要有兩種,一種是利用重原子核裂變?yōu)閮蓚(gè)輕原子核。在其裂變反應(yīng)過(guò)程中所釋放出來(lái)的巨大的能量來(lái)發(fā)電、建立原子能發(fā)電站;另一種是利用兩個(gè)輕原子( 如氘、氚 )聚合成一個(gè)重原子核能釋放出來(lái)的巨大能量,這就是核聚變反應(yīng)。利用這種反應(yīng)所產(chǎn)生的能量,必須對(duì)反應(yīng)過(guò)程加以控制,因此稱(chēng)為受控核聚變。由于這種聚變的原料氘和氚的來(lái)源可從取之不盡的海水中提取,因此它的發(fā)展前途是不言而喻的。

  核聚變反應(yīng)要求的溫度很高:1.約為2億度,這樣高的溫度、只有像太陽(yáng)那樣的恒星內(nèi)部才能達(dá)到。在聚變反應(yīng)中,如果氘氚中含有雜質(zhì)、這種超高溫是很難達(dá)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(nèi)。

真空科學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域: