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(chǎn)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(chǎn)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(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)、農業(yè)食品等部門。

  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(fā)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(tài)。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(huán)(意大利)

1.3 × 10-7

質子貯存環(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(huán)境污染。新能源的開發(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,在這種新能源的開發(fā)上主要有兩種,一種是利用重原子核裂變?yōu)閮蓚輕原子核。在其裂變反應過程中所釋放出來的巨大的能量來發(fā)電、建立原子能發(fā)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(chǎn)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(fā)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。

真空科學的應用領域: