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。