核聚变聚变能是一种无限的清洁的安全的新能源核聚变主要原料

第一篇：核聚变聚变能是一种无限的清洁的安全的新能源核聚变主要原料

核 聚 变

聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。

核聚变主要原料是氢（H）、氘（D）和氚（T）。由于4个氢核聚合成一个氦这个反应速度太慢，不适合在地球上反应，所以一般不考虑。D-D反应是首选的聚变反应。氘又叫重氢。较易从海水中提取，氘在地球的海水中藏量丰富，多达400000亿吨，如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。又因为每时每刻只有一丁点儿的氘发生聚变，没有失控的危险。也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核电站的事故，后者利用的是核裂变。

聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态，即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中，由于高温，电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚，原子核完全裸露，为核子的碰撞准备了条件。当等离子体的温度达到几千万摄氏度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起。目前，激光技术的发展和进步，使高温点火问题获得解决，世界上最大的激光器输出功率已达100万亿瓦，足够点燃核聚变之用。此外，利用超高频微波加热法也可达到点火温度。如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行。

受控热核聚变能的研究分惯性约束和磁约束两种途径。惯性约束：激光惯性约束是在直径为0.4mm的小球内充以30-100大气压的氘氚混合气体，用强激光（1012-1014W）均匀照射，使氘氚混合气体的密度达到液体密度的一千到一万倍，温度达到108K而引发聚变。其它惯性约束方案：电子束、重离子束惯性约束。

磁约束：是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大的进展，托卡马克类型的磁约束研究领先于其它途径。托卡马克是前苏联科学家于20世纪60年代发明的一种环形磁约束装置。美、日、欧等发达国家的大型常规托卡马克在短脉冲（数秒量级）运行条件下，做出了许多重要成果。等离子体温度已达4.4亿度；脉冲聚变输出功率超过16兆瓦；Q值（表示输出功率与输入功率之比）已超过1.25。所有这些成就都表明：在托卡马克上产生聚变能的科学可行性已被证实。但这些结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生的，与实际反应堆的连续运行仍有较大的距离，其主要原因在于磁容器的产生是脉冲形式的。受控热核聚变能研究的一次重大突破，就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，建成了超导托卡马克，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克是公认的探索、解决未来具有超导堆芯的聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。目前，全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马克。法国的超导托卡马克Tore-supra体积是HT-7的17.5倍，它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置，在放电时间长达120 s条件下，等离子体温度为两千万度，中心密度每立方米1.5×1019，放电时间是热能约束时间的数百倍。