24.阅读《人造太阳》回答下列的四个问题
太阳内部每时每刻都在发生着核聚变,核聚变释放的能量比核裂变要大的多,而且不会像核裂变那样产生有害的核废料。海水中可以提取大量的核聚变材料氘和氚,如果能够有效利用,那人类的能源危机将被彻底解除。如何让核聚变产生的能量为人所用呢?从第一颗原子弹爆炸,到第一座核裂变电站建成只用了9年。但从第一颗氢弹爆炸到核聚变发电一下子就研究了近70年,至今还在实验室试验阶段。
为什么会这样难呢?要想发生可控核聚变需要满足两个基本条件。
一是要有高温高压的环境。地球上要想让两个轻核聚合在一起,最起码也要5000万摄氏度的温度。这样才能让两个带正电的轻核,具有足够的能量克服相互靠近时的静电斥力。
二是要有一个“容器”将聚变材料“约束”起来。问题是,哪里去找这么个“容器”?要知道,金属中耐高温的扛把子﹣钨,其熔点也不过3410℃。5000万摄氏度足以让地球上所有物质变为气体后,成为等离子态。经过研究,科学家发现三种“约束”方式,分别是引力场约束、惯性约束和磁约束。太阳发生的核聚变就是靠自身巨大的质量产生的引力场约束聚变时的等离子体。这个控制原理显然不适合地球上的科学家们,下面我们重点说一说最靠谱、技术最成熟的磁约束核聚变。
托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变复杂的环形容器。图甲中,环心处有一欧姆线圈,四周是一个环形真空室,真空室的外部排列着环向场线圈和极向场线圈。当欧姆线圈中通以变化的电流时,在托卡马克的内部会产生巨大的涡旋电场,将真空室中的等离子体加热,再通过辅助加热手段,逐渐达到聚变需要的临界温度。同时,环形真空室中的高温等离子体形成的等离子电流与极向场线圈、环向场线圈共同产生磁场,在真空室区域内形成闭合磁笼子,将高温等离子体紧紧约束在真空中,如图乙所示。
理论上讲,想要实现可控核聚变必须使等离子温度达到一亿摄氏度以上,并能稳定运行1000s以上,才能用于商业运行。图丙是中国的托卡马克装置二号M环流器,它于2020年12月4日14时02分,实现了1亿摄氏度10s的目标。近日,对该装置的升级改造已经完成,正在准备向1亿摄氏度100s的新高峰迈进。
请根据上述材料,回答下列问题:
(1)托卡马克装置中核聚变的原理和我国已经商业运行的核电站中核反应的原理是
(选填“相同”或“不同”)的。
(2)发生核聚变时,两个带正电的轻核需要具有很大的动能,以克服它们之间相互作用的静电
(选填“吸引”或“排斥”)力,才能发生核融合。
(3)给托卡马克真空室里的等离子体加热称为“点火”。三个线圈中,首先给等离子体“点火”的是
线圈。
(4)根据对托卡马克装置及前面的介绍,可以判断出“被加热的高温等离子体”与“真空室的内壁”
(选填“是”或“不是”)紧密接触的。