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飞秒激光场中μ子催化聚变的轨迹分析

2013-10-22石春花袁小燕

江汉大学学报(自然科学版) 2013年5期
关键词:方向

苏 晋,石春花,袁小燕

(长治医学院 a.基础医学部物理教研室; b.生物医学工程系,山西 长治 046000)

自20世纪80年代发现 μ介子(简称 μ子,符号 μ代表的就是带负电的介子 μ-)催化氘-氚混合物(d-t)在室温下产生超过100次的核聚变反应[1]以来,大量的科研工作者开始探讨 μ子催化核聚变反应(μCF)的内在物理机制,并试图利用其进行高效的能源生产[2],关于此项研究已经在实验和理论上取得了不少成果[3-5]。然而,这一系列的研究同时也表明,每进行一次μCF,反应结束后,作为催化剂的 μ子有可能被3He(α粒子)捕捉形成(αμ)+,从而不能参加下一轮的催化反应,使得实现能源生产存在一定困难。因此,μCF中的粘附现象成为了聚变反应中的探讨热点之一[6-7]。目前,有工作组在实验室已经可以在μ子的半衰期(约2.2×10-6s)里观察到超过150次的聚变反应[8]。

本文从μ子催化核聚变反应的产物出发,以氘-氘(d-d)聚变为研究对象,当一次催化聚变完成后,反应关系式之一为

μ+d+d→ddμ→α+n+μ,

由于反应产物中各种粒子的束缚能级能量不同,将有一部分 μ子被束缚(粘附)在反应产物3He上,失去了再次催化的能力,即

为了提高μ子的催化次数,笔者试图借助飞秒激光场的作用,探讨μ子在激光场中的轨迹,使得被3He所俘获的μ子摆脱束缚再生,其再生反应为

当d-d聚变完成一轮,μ子尚未被捕获时,此刻反应产物中会形成多粒子存在的混合状态,其中包括 μ子、α粒子、中子n、氘粒子d、电子e,笔者试图将这一混合状态看作一种等离子体,假设这一等离子体的频率为ωp,那么,

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