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约束

约束是指将超过 1 亿度的高温等离子体保持足够长的时间,使核聚变反应得以持续。

不存在能够盛放 1 亿度等离子体的容器。无论哪种材料的壁,只要接触到,还没等它熔化,等离子体一侧就会先冷却下来,反应也就停止了。因此需要一种「不让等离子体接触到壁、使其悬浮在空中来保持」的巧妙方法。这就是约束。太阳依靠巨大的引力,地面上的装置依靠磁场或等离子体自身的惯性来实现这一作用。

利用构成等离子体的带电粒子会缠绕在磁力线上运动的性质,用磁场的笼子来保持等离子体。

  • 托卡马克 - 利用等离子体电流的环形装置
  • 仿星器 - 仅靠外部线圈就能产生扭曲磁场的装置

用强大的激光等对小型燃料靶丸进行急剧压缩和加热。在燃料飞散之前的极短时间内(依靠惯性保持形状的时间)完成反应的方式。

恒星依靠自身引力约束等离子体的方式。在地面上无法实现。

约束的好坏用能量约束时间(energy confinement time) τE\tau_E 来衡量。它是等离子体的热能在没有加热的情况下能够保持多长时间的一个尺度,与密度 nn、温度 TT 一起出现在劳森判据中。

nTτE3×1021 keVs/m3n \, T \, \tau_E \gtrsim 3 \times 10^{21} \ \text{keV} \cdot \text{s} / \text{m}^3