a) “托卡马克”型磁场约束法:上世纪70 年代,前苏联科学家发明了“托卡马克”装置,并逐渐成为核聚变研究的主流途径。托卡马克装置又称环流器,是一个由环形封闭磁场组成的真空磁笼。高温等离子体就被约束在类似面包圈的磁笼中。它利用强大电流产生的强大磁场,把等离子体约束在很小范围内以实现核聚变的三个条件。虽然在实验室条件下已接近成功,但远未达到工业应用。按照目前的技术水平,建立托卡马克型核聚变装置需要几千亿美元。
b) 惯性约束法:利用高功率激光束(或粒子束)均匀辐照氘氚等热核燃料组成的微型靶丸,在极短的时间里靶丸表面在高功率激光的辐照下会发生电离和消融而形成包围靶芯的高温等离子体.等离子体膨胀向外爆炸的反作用力会产生极大的向心聚爆的压力,这个压力大约相当于地球上的大气压力的10亿倍.在这么巨大的压力的作用下,氘氚等离子体被压缩到极高的密度和极高的温度(密度接近液体时的l 000倍、温度近107 K),被高度压缩的稠密等离子体在依惯性而扩散之前,即已完成核聚变,因此称“惯性约束核聚变”.其实,ICF的基本思想就是把强大的激光聚焦在热核材料制成的靶丸上,一瞬间产生强大的高温核高压,被高度压缩的稠密等离子体在依惯性而扩散之前,即已完成核聚变.
惯性约束核聚变有两种方式:一种是“直接驱动”,其机制是借用激光脉冲从47r立体角方向均匀地照射氘氚靶丸,首先使之产生对称的高倍压缩然后实现中心点火;另一种是“间接驱动”,其机制是将激光先照射在一个封闭腔体的内侧壁(穿过腔上开的针孔),产生强X光辐射,X光在腔内均匀化后再照射位于腔中心的氘氚靶丸,产生压缩而点火.激光技术经过46年的发展,固体激光器已十分成熟,它是在实验室中能够创造高温高密度条件,并实现惯性约束核聚变的最佳技术途径.惯性约束核聚变可分为如下4个过程(见图1).
(1)激光辐射:强激光束快速加热氘氚靶丸表面,形成一个等离子体烧蚀层;
(2)内爆压缩:靶丸表面热物质向外喷发,反向压缩燃料;
(3)聚变点火:通过向心聚爆过程,氘氚燃料达到高温、高密度状态;
(4)聚变燃烧:热核燃烧在被压缩燃料内部蔓延,产生数倍的能量增益,大量的聚变能输出.
