液体压强容器形状问题
可控核聚变 2024-04-02 17:13上海
英国第一光聚变公司（First Light Fusion，FLF）近期宣布，它打破了美国桑迪亚国家实验室的压力世界纪录，将压力极限提升至 1.85 TPa，是地核压力的五倍。FLF于2011年从牛津大学剥离出来，研究用气枪（Gas Gun）等冲击实现D-T（氘-氚）惯性约束核聚变。
FLF计划2032年建成中试工厂，目标是设计一座发电量约为 500 兆瓦的发电厂，每 10 秒点火一次，成本不超过 50 亿美元。2022年2月14日，FLF完成了4,500万美元的C轮融资，投资方包包括Oxford Science Enterprises（前身为OSI）、Hostplus和IP Group plc，新投资者包括Braavos Capital和腾讯。
1、惯性聚变
FLF采用的研究途径与其他进行核聚变研究的公司不同，它专注于惯性约束聚变技术。这种方法依赖于高速射弹产生的极端温度和压力来引发聚变反应，并且相较于其他方法，它更为简洁、更高效且物理风险更小。惯性聚变是一种脉冲式过程，类似于内燃机，通过注入少量燃料并引发点燃来实现燃烧。目前流行的惯性聚变技术主要依赖大型激光器来作为“火花塞”点燃核聚变反应。
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尽管之前已经探讨过使用弹丸进行聚变的方法，并认识到这需要极高的弹丸速度，FLF提出的靶设计包括放大器和燃料舱两个关键部分。放大器的双重作用在于它一方面增加了射弹冲击所产生的压力，向燃料舱施加更大的压力，在另一方面，这种放大作用减少了所需达到的弹丸速度。并且，燃料的内爆速度远远超过了最初的撞击速度，进一步降低了实现聚变所需的条件。
FLF的冲击放大器可以将射弹的撞击压强放大15倍。一个BFG发出的射弹以6.5km/s和80GPa撞击放大器，冲击波将被放大为80km/s和1.2TPa抵达核燃料，最后核燃料内爆形成10-100TPa的压强。
在反应堆中，目标将被丢入反应室，射弹将通过同一入口向下发射，以便在适当的时刻赶上目标。容器的简单几何形状，只有一个入口孔，允许使用液体第一壁。流动的液体保护反应室不受巨大能量释放的影响，巧妙地回避了其他核聚变方法中一些最困难的工程问题。
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要将核聚变有效地用作能源来源，核心要求是聚变反应产生的能量必须超过引发聚变所需的输入能量，这种能量输出与输入的比值被称作能量增益Q。根据劳森准则，Q值与等离子体密度（n）、等离子体约束时间（τ）以及等离子体温度（T）的乘积正相关。与其他聚变技术如激光惯性约束聚变（ICF）和托卡马克中的磁约束聚变（MCF）等相比，FLF通过其创新的靶设计取得了较高的密度-时间（nτ）值。为了实现能量的正增益Q，关键在于通过增加射弹速度进而提升温度T。
2、技术启发来自手枪虾
FLF的新核聚变技术灵感来自自然界的手枪虾，该虾利用其超大爪子迅速合拢产生的冲击波来在水中形成高压气泡，气泡破裂时产生的高温能达到几万度。而为了达到数千万度的聚变条件，FLF采用了类似的原理，但不是通过虾爪，而是使用一种高速射弹作为更大更快的"锤子"来驱动空腔塌陷，从而探索实现聚变的可能性。
3、M4——世界级的高能密度科学装置
在2023年1月，First Light Fusion（FLF）宣布了开发新型电磁发射器M4的雄心勃勃的计划，这一设施预计将在2027年投入运行。M4不仅标志着FLF射弹聚变计划的一个重大进步，也将成为一个对英国乃至全球的高能量密度科学研究具有重要意义的世界级实验平台。这包括但不限于在实验室天体物理学、行星科学、材料科学、辐射与核聚变基础科学问题探索中，访问多Gbar压力区域并进行毫米空间尺度的研究。
M4旨在实现有效的点火和超过100倍的能量增益，专注于高温等离子体物理的研究以降低自加热的风险。设备的设计亮点包括直径达75米，电能储存容量约100MJ，以及最高射弹速度达到60km/s——三倍于其前代M3的性能，预计将成为全球最大的脉冲驱动器。这种高电压、快速电流上升时间的机器，将进一步推动英国科学和技术研究需求的发展，为广泛的高能量密度科学应用开辟新的可能性。
在2024年2月，FLF在美国桑迪亚国家实验室利用Z机进行了首次聚变实验，并成功争取到了于2025年使用Z机进行两次额外实验的机会，旨在深入研究其靶放大器技术的潜力。这标志着首次有私营公司获准使用Z机进行实验。作为全球最强大的电磁脉冲功率设备，Z机能够一次性释放出80TW的电力，相比之下，2022年全球的电力装机容量据国际能源署（IEA）报告为8.643TW。
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全毓胜2576容器形状对[容器对桌面压强]的影响 -
慕尤左15861689589 ______ 老师说的没错,如果容器壁与液体之间没有力的作用,液体不就流走了吗?而且,这个力是垂直于接触面的,那么锥形的容器在接触面自然对液体有个斜向下的力,因为容器壁围绕液体一周,你可能没学过任意夹角力的合成规律(平行四边形法则),但就对称性的考虑,也可知这无数斜向下的力会合成一个垂直向下的力.只是你忽略了一点,就是力的作用是相互的,液体同样会对容器壁施加一个斜向上的力,这两个力大小相等,方向相反,所以就整体而言,它们对桌面的压力是不会大于它们的重力的.
全毓胜2576为什么液体内部的压强不受容器形状的影响?最好不要教科书式的解答,是否能够理论方面推导? -
慕尤左15861689589 ______[答案] P=f/s=phg 所以液体内部压强只于高度有关
全毓胜2576为什么液体对底部的压力与容器形状无关 -
慕尤左15861689589 ______ 液体压强=液体密度*g*液体深度,和杯子的形状,底面积什么的的无关,(如果是被子对桌子的压强才会用到杯底面积)那杯底的水压就是杯子的高(壁厚不计)*水的密度*g,因为液体压强在各个方向都有,所以各个压力就自己抵消了(受平衡力,只有靠近杯壁的承受在杯壁上),所以这时的水只受重力.
全毓胜2576容器形状影响内部液体对底部的压力吗 -
慕尤左15861689589 ______ 压力(即压强)的大小只与液体的密度和液体的深度有关,与形状无关.
全毓胜2576那个液体压强公式与容器的形状有关么? -
慕尤左15861689589 ______[答案] 无关,只要是求在液体中的压强,用P=pgh就行了!
全毓胜2576容器底部压力 不同容器形状 -
慕尤左15861689589 ______ P=h*密度*g 只要高度相同,压强相同. 底面积相等,压力相等
全毓胜2576为什么液体内部压强不一定等于重力?老师说这跟容器形状有关,可是,
慕尤左15861689589 ______ 液体内部压强是由于液体受到质量力引起的.你的问题提法不妥,因为压强与重力不是同一种物理量,不能比较大小. 非直立柱体时液体对容器底部的压强,可用P=ρgh计...
全毓胜2576物理一道关于容器底部压强的题目,三个完全相同的量杯(形状如下图,下小上大)内分别放入质量相同的水银、水和酒精,问哪种液体对容器底部压强最大.... -
慕尤左15861689589 ______[答案] 水银对容器底的压强最大,酒精的最小 可以用通俗的思维去想: 在量杯里倒入10ml酒精,记下酒精高度,然后再倒入10ml酒精,就会发现增加的高度比原来的高度小,也就是说,虽然重力变为2倍,但酒精的高度小于原来的2倍,压强也小于原来的...
全毓胜2576液体压强问题1.上窄下宽的容器,里面装的液体对容器底的压力为什么是等于以这个容器底为底的液柱的重力?2.一个装满水的溢水杯,往里按入一个小木... -
慕尤左15861689589 ______[答案] 同一种液体的压强,只与它到液体自由液面的高度有关,与容器形状无关.(这句话你好好理解理解吧) 公式,P=ρgh. 压力F=P*S底面=ρgh*S地面=g*(ρ*V柱)=m柱*g ok (1)(2)同理的
全毓胜2576液体压强:装满水的密闭容器置于水平桌面上,其上下底面积之比为4:1 -
慕尤左15861689589 ______ 因为题中两次说的,都是水对容器底受到的压力和压强.而底所受的压力压强都属液体压强.计算公式应为P=pgh.因是装满水.所以,无论怎样放置,液体的深度都不能改变.所以底受液体压强不变.都为P.因睛下底面积的比为4:1.所以,倒置后的睛下底面积的比就变成1:4.面稷变大了,压强却没变.当然所受压力就要变大了.即,由F＂=PS＂=P*4S=4PS=4F.