March 21,2007

氫電海超導低溫核融合

氫電海超導低溫核融合,簡稱氫電冷融合,是一種核融合發電技術。其基本理念是利用超導體沒有電阻的特性,藉由高動能電子在超導體流動(電流)所產生的磁場,將核融合的能量轉換為電能。

聲明:以下所描述的技術純屬虛構,完全是我個人毫無由來的發想,請大家不要真以為這世上新發現了什麼革新技術喔!

氫電冷融合的中心區域是一個能關住大量電子的磁場。這個磁場由特定形狀超導體所產生,而且該超導體結構有一部分伸入磁場所形成的障壁的內部,被磁場所包圍的電子其實可以進出超導體,製造強大的電流,進而產生強大的磁場。也就是說,將電子封閉住的磁場其實是電子自己產生的。經由外部不斷添加電子,中心區域內的電子密度會變得非常高,同時將系統的溫度下降至液態氦的凝結溫度以下,電子的動能減少,將形成有如液體狀態的電子團塊,又稱「電海」。

從中心區域的上方,以磁軌槍將氫分子以極高速射向磁場內。氫分子為電中性可自由進出磁場,更內層的電海密度極高,氫分子不易進入,但還是會有少量的氫分子「溶解」於電海之中,並且在高密度電子的擠壓下產生核融合反應。反應過程中所釋放出的光子與伽瑪射線等大部份會被周圍的電子吸收,轉變為電子的動能。

隨著反應的進行,會不斷由氫原子核產生的氘、氚及氦。我們將系統溫度控制在液態氦和液態氫的凝結溫度之間,因此氦分子會逐漸凝結成「滴珠」,最後受重力影響由磁場下方離開中心區域。

由於電子的動能增加,經由超導體產生的磁場強度也會增強。我們可以從磁場外側以帶電線圈一類的機械裝置將磁能轉換成電能並輸送至其他地方。

這個核融合系統的潛在風險包括:會有一定比率的伽瑪射線和微中子洩漏出來。此外一旦磁場意外解除,高密度電子會立刻因電斥力而引發爆炸,並引發強烈的電磁風暴破壞週遭廣大區域的電子儀器。不過基本上整個系統皆維持在液態氦的凝結溫度下,但超導體的臨界溫度可能高出許多,只要超導線圈的結構不被破壞,磁場解除引發爆炸的機率微乎其微。

Posted by caiyutw at 樂多Roodo! │23:53 │回應(17)引用(0)魔法術學說
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回應文章
看到聲明之前我還真的被騙到了 ^^b
Posted by 封狼 at March 22,2007 07:33
呵呵,雖然理論上不太可能出現這種技術,
但寫進科幻小說裡應該還算有模有樣。

一般都認為核融合是在極高溫下才能進行,
但根據上面所述,這種核融合是在超導低溫下發生的,
可以用來幫場景營造完全不同的氣氛喔。
Posted by 采豫 at March 24,2007 18:43
不過,潛在風險的地方,我想最危險的不是超導線圈結構受損,而是所維持的低溫環境被破壞(溫度升高)吧?

畢竟低溫雖然低到一定程度之後維持上並不困難,不過好歹也是必須「維持」的?
Posted by 封狼 at March 27,2007 12:47
目前已知的核能發電,都是將核反應產生的能量以熱能的形式去加熱某樣東西,比方說水一類的,然後再透過渦輪轉換成機械能,再轉換成電能。

這邊氫電冷融合則是假設,核反應產生的能量會被電子吸收,成為電子的動能。雖然就分子層次來說,動能和溫度基本上等效,但由於電子密度極高,動能很快就會擴散到週遭的電子,也就是說整個系統的溫度上升很有限。

由於電子動能提升、電流提高而使磁場增強,再透過機械裝置將磁能轉換為動能,這其間的效率和反應速度都遠比用蒸氣去推動渦輪要高,因此直接藉由吸收磁場能量而迅速降低系統內溫度,是有可能的。

所以我猜想,這種系統比較不容易因為內部反應失控、溫度提高而爆炸。相較起來,目前已知的高溫(液態氮溫度)超導材料都相當脆弱,反而很可能會因為一點點的瑕疵而釀成災害。

當然,這邊是假設了一些莫名其妙的前提,像是「吸收磁場能量,可以減弱超導體內的電流,間接減少電子動能」以及「純電子海也可以測量到溫度」之類的。真不知現代科學支不支持這些說法啊(笑)。
Posted by 采豫 at April 1,2007 14:58
呃,小複雜(汗)
不過我指的倒不是內部失控所造成的增溫啦
而是如果放著不管的話,溫度不是應該會慢慢和外部環境(常溫?)到達平衡嗎?

所以說,這裝置一但開始運轉就必須永遠運轉?
否則任其荒廢的話,等溫度升高了就會自動變成定時炸彈這樣?(是說滴答得很慢而已?)

或者說,它所產生的能量足以製造一個能夠自我維持的冷卻系統?
Posted by 封狼 at April 3,2007 21:52
喔,前面雖然沒有講得很清楚,
但這個系統的外側需要冷卻裝置。

核融合發電總不至於連個外部冷卻系統都支持不了吧? :p

而且我覺得比起目前的熱核融合需要維持十億度高溫,
維持零下兩百五十度應該是比較簡單的。
Posted by 采豫 at April 5,2007 22:49
嗯……其實我並不是要說這系統不穩定啦。^^b
而是說,雖然已經很穩定了,但總是很壞心的想找出個什麼「萬一」來。(←恐怖份子?)
畢竟總是要有個什麼「要是……的話,就……」才好寫得出有趣的故事。

承認一下,最早的確實沒有想到外加冷卻系統,也沒想到直接以發電機本身的供電運作。(←蠢)是一直到上篇快打完才突然想到「笨啊,它可以自己供應外面的冷卻系統。」

不過這樣的話問題又來了:與發電機本身相比,冷卻系統是否能一樣耐用?還是按照正常運作時,它的報銷率會遠大於發電機本身?我是這樣想的啦,在電磁方面,發電機本身能夠自我維持;而在實體的部分,雖然采豫已經告訴我超導體本身很脆弱,但看上去在運作過程中它本身是不需要有任何的「動作」而呈現靜置狀態(動的是裡面的電流。)那麼,除非材料本身有逐漸老化的問題(是有點放射線的環境?)否則似乎根本不用考慮外力破壞之外的耗損。

反而是不斷運轉的冷卻系統很可能會有機械性的耗損,或許需要定期維修什麼的?這是否會成為一個意外發生的空窗?(動作越多,出錯越多?)或者換個方向說,如果我是個心懷惡意的恐怖份子,究竟應該挑哪裡破壞較好?是超導線圈本身,或者外部冷卻系統?(好吧,我的壞習慣原本就是在設定裡找「意外」,尤其是漂亮的設定 XD)

不過說到這我又想到,太空裡應該有不少地方溫度是很低的,如果建造發電機時就選擇一個「外部溫度就是適溫」的地方,大概就沒這些麻煩了吧?(思)還是說,因為不麻煩,所以大家就不會去小心監控溫度波動,反而容易出事?
Posted by 封狼 at April 6,2007 21:53
沒問題,隨時候教,
我采豫的設定可是沒那麼容易被破解的~~
(……這莫名奇妙的自信是哪來的啊?)

關於冷卻系統,技術上比起超導磁場的核心而言,算是簡單得多,所以可以多設置幾套作為備用。比方說,假設整個冷卻系統是由八個獨立的冷卻器所組成,其中只要有四個在運轉就可以維持核心的超導溫度,那麼工程師就可輪流維修(甚至不需發電系統停機),必要時整台換新也可以喲。

原則上我是假定:超導核心在正常運作的情況下溫度上升很慢,所以光是破壞冷卻系統是很難造成立即危害的。

不過這個發電裝置一定有個緊急停機的功能,比方說:

一、在磁場上的特定的方向開個洞,讓高壓電子朝那個方向衝出去。如果是在地球上可能是朝天空發射,在太空船上大概就隨便啦,別打到人就好(笑)。

二、把一根很粗的銅柱伸進磁場內部,將電子流引出來。銅柱大概會立刻因為電阻產生的高熱而融化,損害發電系統,但至少可以消耗部分電子的能量,發揮緩衝的效果,進而把損害侷限在可控制的範圍內。

三、直接把一整槽(好幾十噸?)的低溫酸液給它倒下去,讓電子和溶液中的離子結合。這樣做大概會把整個系統溶解掉,但比起電子大爆炸,還算是勉強可以接受的。

所以,想要搞恐怖行動,還是直接破壞超導線圈吧。只要磁場有缺口(不在預期方向上的),應該立刻就爆炸了。丟個小炸藥進去瞬間提高系統溫度,更是絕佳的主意喔!

不過小炸藥好像什麼東西都可以破壞的樣子~~這樣就不夠精巧啦(笑)。

我覺得這個發電系統在太空中使用似乎不錯,輕輕鬆鬆就可以降到超導低溫。
Posted by 采豫 at April 12,2007 00:05
大人冤枉啊,怎麼把我講得好像是來踢館的那樣 XD

其實我還滿喜歡小炸彈的點子:會當恐怖份子,多少是有某些資源上的不對等,沒有辦法太精巧也是當然的。

不過依照上述推論的說來,或許最好的方法是先順序破壞外圍的冷卻系統,在搶修的混亂中混入系統中央,然後要直接物理破壞還是增溫就隨便高興了這樣?(當然,既然是恐怖攻擊,攻擊者自然是陪葬掉了這樣。)

或者說,如果是在太空中,外面的維持系統小而簡單的話,用紅外線雷射(輻射熱咩)進行遠距離的升溫攻擊也不錯?
Posted by 封狼 at April 13,2007 17:11
紅外線雷射啊。
如果紅外線雷射可以直接命中的話,或許也可以用高能雷射一發把整個系統打爆啦~(笑)

其實封狼妳提到的幾個方法都很有效,
只不過像是「破壞周圍輔助系統製造混亂,再趁亂潛入破壞核心機構」之類的手段,對任何設施都能發揮作用,恐怕不是這個核融合發電系統獨有的弱點喔。
Posted by 采豫 at April 22,2007 11:13
哈哈,這倒是,看樣子是想著想著就想岔了。
不過整串寫下來好像可以開新篇了?(笑)
不知為何看著看著就想到……

「這次的任務,就是要摧毀邪惡帝國的死星毀滅者。」
「它使用氫電海超導低溫核融合系統作為動力來源,唯一的弱點就是這個出風口,摧毀它將導致系統溫度不可逆的上升……」

或者是

「小心那些反核融合激進主義份子,有線報指出他們打算混進電廠進行破壞。」

之類的東西 XDD~~
Posted by 封狼 at April 26,2007 13:07
這個嘛……

我本來預想這種冷融合發電設備是平價民生設施的說~~(苦笑)
堂堂邪惡帝國的死星毀滅者怎能用這種廉價發電系統?
當然是要用反物質反應爐啊~~ XDD!
Posted by 采豫 at April 30,2007 19:40
XD(大樂)

這麼想是因為新科技總是先有戰爭用途才及於民間的吧
在反物質安全儲藏的技術出現之前恐怕還是得靠核能的。
況且對船艦來說,動力的部分越輕巧,表示能搭載的其他東西(武器、裝甲)越多嘛

不過說真的,這個「唯一的弱點就是這個出風口……」的梗實在是很歡樂啊。XD
Posted by 封狼 at May 1,2007 07:26
軍事用途不會採取冷融合,主要是受系統最大功率的限制吧。

先和熱融合比較。熱融合是將電漿化的氫(正確來說是氚?)包在磁場裡,那裡面一大團全都是可以融合的燃料哪。冷融合磁場裡面包的主要是電子,然後再把一點點的氫丟進「擠一擠」。所以在同樣規模的條件下,冷融合的輸出功率不及熱融合。

當然冷融合的優勢是可以把系統做得很小,但是在有足夠空間的情況下,還是使用熱融合比較划算囉。

同樣的比較也可以用在熱融合和反物質反應上面,所以說啦,像死星這種半徑幾十公里、還要裝一門超高功率大主砲的,一定是非反物質反應爐莫屬囉。

對了,英語維基百科上面有人推論說,如果死星的主砲純粹是靠能量把行星轟碎,那它每次開砲要消耗掉的水(一立方公尺重一噸),大約可以裝滿直徑十三公里的水槽。

英語維基百科: Death Star
Posted by 采豫 at May 12,2007 16:09
咦?水?
是說以水作為能量來源嗎?(拿去和反物質反應?)
有點不懂耶。
Posted by 封狼 at May 17,2007 00:15
哎呀抱歉,我表達的方式好像不太對 ^^;;

原文是說「如果燃料的比重是一立方公尺重一噸的話,需要直徑十三公里的燃料槽」,我一時疏忽把它當作是水了。

這兒的燃料可還是假設「如果質量能完全轉換成能量的話」……

不過,會算出這樣的數據,是因為電影裡面那顆行星被一瞬間轟得粉碎。如果只是要造成毀滅性的災難,可能不需要花費那麼大的工夫?
Posted by 采豫 at May 22,2007 19:29
soga sosa,這樣我就聽懂了。果然是奢侈的東西 ^^b
(還是說,奢侈的其實是電影特效這樣?)

毀滅性災難和整個轟碎我想應該是會有差的。
Posted by 封狼 at May 22,2007 22:48