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- 美国的惯性约束点火装置（ NIF ）这几年一直在尝试（尽管遇到了严峻挑战），计划中 ITER 的氘氚放电也就是十几年以后。这些年一直在谈论的燃烧等离子体（ Burning ，指氘氚聚变发生；而非普通意义上的 Combustion ）很快就会实现。 核聚变能源研究、至少是磁约束聚变能源研究要解决的主要 ...
关于核聚变能源研究面临挑战的一点想法
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美国的惯性约束点火装置（NIF）这几年一直在尝试（尽管遇到了严峻挑战），计划中ITER的氘氚放电也就是十几年以后。这些年一直在谈论的燃烧等离子体（Burning，指氘氚聚变发生；而非普通意义上的Combustion）很快就会实现。
核聚变能源研究、至少是磁约束聚变能源研究要解决的主要问题是：燃烧等离子体物理、稳态运行（惯性约束没有这个问题）、材料、中子能量的吸收与转换、氚自持（如果可以实现氘氘聚变就没有这个问题了）。ITER着重研究其中三个问题，不涉及氚自持，而中子能量的吸收与转换问题的研究另外安排了TBM。
燃烧等离子体最重要的特征是存在着大量的alpha粒子。
目前都是通过研究射频波和中性束加热与驱动产生的快粒子（Fast Particles，或称Energetic Particles）来预测alpha粒子的行为及其对背景等离子体的影响。但是：
1） 快粒子的能量主要在几百keV的数量级，而且有一个谱宽度；氘氚聚变产生的alpha粒子的初始能量则大约是4MeV，高出一个数量级，且是单能量分布（delta函数分布）；
2） 快粒子的初始动量分布比较集中（主要呈束分布的形式），而聚变产生的alpha粒子的初始动量分布是各向同性的；
3） 我们更关心alpha粒子自己的约束和输运——理想的情况是：alpha粒子被很快热化（通过加热背景氘氚等离子体），而这些热化的alpha粒子的约束越坏越好（尽快离开主等离子体变成氦灰排出，保证主等离子体中足够高的氘氚成分）。但是这种要求氘氚等离子体约束要尽量好，而alpha粒子的约束则要尽量坏的约束条件如何实现，实际是很重要的挑战。我们过去的研究聚焦在实现等离子体的高约束，从来没有考虑到有一部分粒子需要约束尽量低！如何在这两者之间达到一个理想的平衡（balance），也是极大的挑战。
4） 还有其它的可能不是那么严重的问题：比如燃烧等离子体的平衡（equilibrium）可以简单地用单流体的MHD平衡描述，但是燃烧等离子体则是电子，氘、氚离子，和alpha粒子（氦核）的多组分等离子体；而且不仅要考虑力学平衡，还要考虑组分之间的“成分平衡”。因此，很多问题（比如基本的稳定性问题）都不同于我们现在研究的托卡马克等离子体。
而且，如果考虑稳态运行，那么加热和控制手段需要尽量少，甚至启动、点火（ignition）之后完全不需要外部的加热和控制，而主要依靠等离子体本身的自组织——alpha粒子加热、自举电流等。
因为这时等离子体存在时间远远超过了电阻扩散时间，耗散效应就变得非常重要——是一个真正的、“有生命的”耗散结构体系。（待续）
http://blog.sciencenet.cn/blog-39346-594344.html
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- [2]钱昕
- 为什么说是个有生命的耗散系统？如果耗散效应大了，turbulence那套会不会地位上升了？km..那个-5/3是描述能量从大尺度到小尺度的输运的，这里能量产生的时候就大部分在热能上，虽然大尺度的能量还是会往小尺度走，那-5/3power law还会在不？除了turbulence还有哪些分布会是power law的？ 不好意思貌似问了很多不相关的问题
- 博主回复(2012-7-22 07:48)：能量、动量、粒子有进（alpha粒子生成、加热）有出（氦灰和热输运能量的排出），基本上构成耗散结构要素。
湍流现在就有（如静电湍流），power law存在。但是不一定是-5/3，而且是各向异性（磁化等离子体特征，垂直磁场的物理与平行磁场不同）。
是否有电磁湍流，要看。我认为有。
- [1]钱昕
- 为什么说是个有生命的耗散系统？如果耗散效应大了，turbulence那套会不会地位上升了？km..那个-5/3是描述能量从大尺度到小尺度的输运的，这里能量产生的时候就大部分在热能上，虽然大尺度的能量还是会往小尺度走，那-5/3power law还会在不？除了turbulence还有哪些分布会是power law的？ 不好意思貌似问了很多不相关的问题
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