前言
这篇文章可以说是对上一篇文章的修正吧,然后是更清晰的定位,以下是这一个星期的研究经验
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整体结构设计图

真空系统
首先是真空系统,上次我完全没有考虑机械泵的限制,单靠单泵的话是远远达不到聚变条件标准的,所以需要两台泵组成二级和前级泵,注意这里的前级泵是连在二级的后面的,这是由气体流向和不同真空泵的工作压力范围共同决定的,因为二级泵无法直接向大气排气,必须由前级泵在后方提供低真空背压,所以气体必须先经二级泵,再经前级泵。
前级泵我已经选好是VRD-4了,那么二级泵用什么还在寻找,因为他们的接口得匹配上,然后就是分子泵卖肾都买不起所以改选用油扩散泵,上次的HiPace 80完全对接不了VRD-4,所以我看上了DP2油扩散泵,但是第一个难点就是它没有在淘宝等平台上销售,这个是个日本品牌,我目前是没找到什么代理渠道去购买,由于DP2属于精密科研设备,通常不公开零售价。
接下来是参数:
DP2的抽气能力:DP2在无冷阱时的抽速为125 L/s,其能承受的“无负荷临界背压”(即最大排气压强)为20Pa。这意味着前级泵只需将压力维持在20Pa以下,DP2即可正常工作。
图1:大阪真空DP2官方参数
VRD-4的排气能力:VRD-4在50Hz下的抽速为4 m³/h(约1.1 L/s),其极限全压力(关闭气镇)可达到0.5 Pa级别。这远低于DP2所需的20Pa临界背压,为DP2提供了稳定充足的前级真空环境。
图2:浙江飞跃VRD-4官方参数
然后是转接:
这两者的接口是不吻合的,所以需要转接。需要买一根一端是KF25(连接VRD-4进气口),另一端是VG80或KF40(连接DP2排气口)的波纹管或转接头。
注意变压:
加热器电源是AC100V 1φ(单相100伏)。而VRD-4是220V/380V。日本电器一般都是100v的,所以需要买一个220v转100v的变压器,功率至少要大于 0.33kW。(到这里好像并不性价比了,然后DP2获取途径也难,所以后面考虑找一个二手油国产的油扩散泵)。
还有要注意的是DP2需要冷却水(0.03 m³/h),必须接水管或循环水冷机,否则加热后无法散热,油会裂解。
内栅极
内栅极就是核心氘离子加速器,就是贯通装置(负极)上面那个笼状钨丝,先说原理再讲焊接

原理:
内栅极打蛋器在Fusor中充当阴极(负极),而外部的球形真空腔体充当阳极(接地)。当我们在内栅极上施加极高的负高压(这里在上一篇文章里讲过,得通过倍压升至30kV左右)时,两者之间就会产生极强的静电场。
在这个电场作用下,注入腔体的氘气被电离。带正电的氘离子会被电场猛烈加速,向中心的内栅极飞去。由于内栅极是笼状镂空的,绝大多数离子会凭借惯性穿过缝隙,在球体几何中心汇聚,离子在这里碰撞,从而发生核聚变反应。
注意内栅极不仅要对称,表面必须光滑、绝不能有凸起和毛刺。不然在高压电场下,会导致尖端放电,在微波炉里捏一撮带有尖端的锡纸就能直观体验
这里有一个Fusor经典问题,就是永远别想着实现净能量增益,简单来说一部分离子撞上了栅极导致动能损失无法直接用于聚变,但是栅极又是必备的加速器,然后就是第二因素轫致辐射,当电子在电场中加速或偏转时,会以X射线的形式辐射能量,这就是轫致辐射。在Fusor的强电场中,电子会被剧烈加速,产生大量的X射线。这些辐射能量会直接穿透腔体散失掉,无法被回收,且随着电压升高,这种损失会急剧增加。
焊接:
这里有两种方案:
1.点焊:这时目前最成熟,最好的焊接方式,注意这里的点焊不是让你用电烙铁加焊锡,焊锡熔点100多度,刚通电可能就熔了,这里的点焊是用专业的点焊机。它的原理是通过瞬间大电流,在钨丝交叉点产生极高热量,使其局部熔融连接。优点是不需要任何焊料,能保持钨丝极高的纯度。缺点是焊机过于昂贵。
2.氩弧焊:在氩气保护下,利用钨极产生的高温电弧将钨丝熔接。就是很容易不小心将钨丝烧断。
电路接地

这部分是讲腔体接地的,这涉及到安全问题,不接地容易导致触电风险,Fusor的外壳、变压器等金属部分,在正常情况下不应带电。一旦内部高压线路发生故障,接触到这些金属外壳,如果没有接地线,人触碰时就会成为电流通向大地的通路,极易造成致命触电。在Fusor中,真空腔体本身就是电路的一部分。高压电源的正极通常连接到金属腔体上,腔体必须可靠接地,才能与内部的负极栅极之间形成稳定的强电场,这是加速离子、引发聚变反应的基础。
关于整体电路的线推荐采用汽车点火线,专业点就说是高压硅胶线,我看中的是30kV的。
这个问题我想过很久,因为我所在的地方没有接地线的端子,无法连接到建筑的钢筋,就连根金属水管也没有。我想过直接怼进插座的地线里,但不知道是否是假地线,我在26楼,这点应该可以保证,再么就是找卫生间的等电位端子箱。
倍压整流电路
在之前的设计中,我对高压电源的理解存在偏差(被GPT无情批评了)。
原理:
首先是升压,升压利用二极管和电容组成“电荷泵”。在交流正半周,电容充电至峰值(如21kV);在负半周,电源电压与电容电压串联叠加,通过下一个二极管给后级电容充电。级数计算是每增加“1个电容+1个二极管”为1级。空载理论电压≈2×级数×输入峰值。最后得考虑带载跌落公式:压降 = (负载电流 × 级数³) / (频率 × 电容容量)。这意味着:频率越低、电容越小、级数越多,接上负载后电压跌得越多。因此,必须用高频和大电容。