真空在加速器及受控核聚变中的应用

2020-04-18

  加速器是对粒子加速使被加速的粒子获得高能源的装置,在加速器中能够产生各种能量的电子、质子、氘、a粒子及其它重离子。利用这些粒子与物质的相互作用,还可以产生各种带电和不带电的次级粒子,如7粒子、中子、多种介子、超子、反粒子等。加速器产 生的粒子和射线已经用于核物理的研究以及医疗、工业、农业食品等部门。

  为确保粒子与残余气体分子不发生碰撞 散射现象、真空度必须达到保证粒子直线运动的要求,否则不但会引起束流损失或粒子达不到高的能 量,而且也易发生真空绝缘不够导致加 速器击穿,使加速器不能处于正常工作状态。表9是各种加速器的分类及它们所要求的真空度。

表 9 加速器的类型及其真空度范围

加速器类型

真空度范围( Pa )

静电加速器

1.3 × 10-3~1.3 × 10-4

直线加速器

1.3 × 10-3 ~1.3 × 10-6

回旋加速器

1.3 × 10-4 ~1.3 × 10-4

电子 - 正电子贮存环(意大利)

1.3 × 10-7

质子贮存环(欧美联合原子核研究中心)

1.3 × 10-9

高义环超导贮存加速器(美国)

1.3 × 10-10

  随着地球上石油储量的逐渐减少及大量能源消耗中所引起的环境污染。新能源的开发已经提到日程,其中受控核聚变所产生的巨大能源的利用,就是最理想的一种。

  目前,在这种新能源的开发上主要有两种,一种是利用重原子核裂变为两个轻原子核。在其裂变反应过程中所释放出来的巨大的能量来发电、建立原子能发电站;另一种是利用两个轻原子( 如氘、氚 )聚合成一个重原子核能释放出来的巨大能量,这就是核聚变反应。利用这种反应所产生的能量,必须对反应过程加以控制,因此称为受控核聚变。由于这种聚变的原料氘和氚的来源可从取之不尽的海水中提取,因此它的发展前途是不言而喻的。

  核聚变反应要求的温度很高:1。约为2亿度,这样高的温度、只有像太阳那样的恒星内部才能达到。在聚变反应中,如果氘氚中含有杂质、这种超高温是很难达到的。因此将核聚变装置中抽到十分清洁的超高真空是必不可缺少的条件。通常要求的真空度在10-7 ~ 10-9Pa范围内。

真空科学的应用领域: