超级计算机的诞生,让炎国在全球的科技领域占据了前所未有的优势。各个行业在超级计算机的支持下,纷纷迎来了技术革命,建筑、机械等领域的效率提升了数倍。
李卫东站在实验室的窗前,看着窗外的城市灯火通明,他知道,真正的科技革命才刚刚开始。
接下来,他要面对的是一项更加艰巨的挑战——可控核聚变。
可控核聚变,被称为人类未来终极能源的希望。一旦成功,地球上的能源问题将彻底解决,再也不需要担忧石油、煤炭等资源的枯竭。
核聚变与核裂变不同,它是通过将轻核(如氘、氚)融合成更重的元素(如氦),从而释放出巨大的能量。
这种能量,远远超过现有的核裂变反应堆,并且不会产生放射性废料,是一种清洁、安全的能源。
李卫东早就意识到,掌握可控核聚变技术,将是炎国在世界能源领域的最大突破。如今,有了超级计算机的支持,他终于可以开始着手设计可控核聚变装置。
他坐在办公桌前,打开了超级计算机的控制面板,开始规划整个可控核聚变实验装置的设计方案。
可控核聚变的原理并不复杂:将氘和氚这两种轻元素加热到上亿度的高温,使其形成等离子体(即原子核和电子分离的状态),然后通过强大的磁场将这些等离子体约束在一个封闭的空间内,迫使它们发生聚变反应,从而释放出巨大的能量。
然而,核聚变的难点在于如何稳定地控制这种高温等离子体。
等离子体的温度高达上亿度,远远超过任何物质的熔点,因此无法使用普通材料来约束它。
科学家们提出了两种主要的解决方案:磁约束核聚变和惯性约束核聚变。
磁约束核聚变,是通过强大的磁场将高温等离子体控制在一个环形轨道上,避免等离子体与反应堆壁接触。当前全球最主流的核聚变装置——托卡马克便是基于这种原理。
惯性约束核聚变,则是通过高能激光或粒子束瞬间压缩燃料,使其在极短时间内达到聚变条件。
这种方法的技术难度更大,但一旦成功,能量转化效率将会更高。
李卫东决定从磁约束核聚变入手。
托卡马克虽然在全球范围内被广泛应用,但它依旧存在着许多技术瓶颈,尤其是在高温等离子体的稳定性和能量损耗问题上。
这些问题,正是李卫东要通过超级计算机来解决的。
李卫东首先打开了超级计算机的设计软件系统。他决定从托卡马克的基础上进行改进,设计出一套更稳定、更高效的磁约束核聚变装置。
托卡马克装置的核心是一个巨大的环形真空室,等离子体会在这个真空室内高速旋转,并通过强大的磁场进行约束。
然而,现有的托卡马克装置在高温等离子体的稳定性上依然存在巨大挑战。
等离子体的运动非常不稳定,经常会因为磁场的微小波动而发生“逃逸”,从而导致整个系统的失控。
李卫东决定采用一种全新的螺旋磁场设计。
这种设计不仅能够在横向上约束等离子体,还能够在纵向上形成一个类似于“束缚带”的结构,让等离子体在环形轨道上保持稳定的运动。
“我们不能再依赖传统的单一磁场,”李卫东在设计图纸上快速标注着,“螺旋磁场能够同时在多个维度上对等离子体进行约束,极大降低了逃逸的风险。”
他通过超级计算机对这一设计进行了大量的模拟和优化。
超级计算机的强大计算能力,能够在极短时间内模拟出等离子体在不同磁场条件下的运动轨迹,从而帮助李卫东找到最优的磁场配置。
经过反复的计算与模拟,他最终确定了螺旋磁场的最佳参数。这个设计将能够让等离子体在高温下保持极高的稳定性,避免了以往托卡马克装置中常见的失控问题。
接下来,李卫东将目光转向了等离子体的加热系统。
要让氘和氚发生聚变反应,必须将它们加热到上亿度的高温。现有的托卡马克装置主要依靠外部磁场加热,但这种方法的效率并不高。
李卫东决定采用一种双重加热系统。
设计了一个由中性束注入器和射频加热系统组成的混合加热装置。
中性束注入器能够将高能粒子直接注入等离子体内部,从而实现高效加热;射频加热系统则通过电磁波对等离子体进行二次加热,进一步提升温度。
“我们必须提高加热效率,”李卫东一边设计一边自言自语,“只有足够的高温,才能让聚变反应达到自持状态。”
此外,为了确保燃料的持续供应,李卫东还设计了一套动态燃料注入系统。这套系统能够根据等离子体的消耗情况,实时将氘和氚注入反应堆中,确保反应的持续进行。
核聚变反应会释放出大量的能量,但这些能量并不是以电能的形式直接产生的,而是以热能的形式释放出来。
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