核聚变而不带强放射性的新途径.pdf

核聚变与等离子体物理 16 卷2 期 第1 页 1996 核聚变而不带强放射性的新途径 李兴中 (清华大学物理系 北京100084) 由晶格内束缚态离子引起的共振隧穿现象将完全不同于低能下束-靶相互作用引发的核反应现象 由于库仑位垒的作用 只有 那些长寿命的核內能级才能与晶格内的离子能级发生共振 其结果是 带来中子辐射的快速核反应过程都不可能由此共振隧穿引 发 也就是取得核聚变能而不引发强烈的中子辐射是可能的 关键词 共振隧穿 核聚变 氘钯系统 1 引言 聚变堆优于裂变堆的特点之一是可以大大降低放射性污染 但是 氘-氚聚变产生的 14MeV 中子仍然会引发结构材 料的放射性 采用高纯碳化硅或钒系合金固然可以缓解聚变堆材料的放射性污染 但是成本和材料性能方面都居于劣 势 如选用完全不产生中子的聚变反应 则由于反应截面太低 就要对相应的聚变等离子体提出更高的要求 而使其 难以实现 有没有可能实现氘-氘聚变反应而不带来很强的中子放射性呢 理论和实验的分析表明, 这是有可能实现 的 2 低能束靶相互作用实验 - 低能入射的氘束与氘靶发生聚变反应的截面σ是很小的 实验表明[1] 2 µc πα σ = λ exp(−2πη) (1) E c 2 e η 2 1/ 2 2 (2Eh / µ) 3 -16 3 -1[2] 其中, λ是一个实验确定的常数 对于D+D→T+p 加D+D→He+n 的聚变反应而言 λ =1.5 10 cm ·s 理论上可 DD 以证明 λ就是两氘核在进入核力相互作用力程后发生聚变反应的反应常数 即聚变反应率为 Λ≈λ 2 Ψ(0)  (3) 2 式中Ψ r 是描写一对氘核相对运动的波函数 Ψ (0)  近似地表示了两氘核进入核力相互作用区域的几率 λ 也可 以用这一对氘核的寿命τ来表示 V λ≈ 4 τ -39 3[3] 式中 V 是一对氘核发生核力相互作用范围的体积 约为4 10 cm 由此可以得到 这一对氘核在核力相互作用区 内因核反应而消失的寿命为 V τ ≈ ≈3 ×10−23 s 5 λ 这大体相当于氘核穿透库仑位垒后在核力力程内来回反弹3 次的时间 因为每次反弹的时间为 2 a a µa τf ≈ ≈