可控核聚变概念

２０１７年第１７期　

可控核聚变技术的发展现状及趋势　

周宇辰　

浙江省金华市外国语学校，浙江金华３２１　０００　

摘　要　目前，世界上核电站均采用核裂变反应，其原料铀储量有限，反应中产生强烈辐射，核废料也难以处理。　相比之下，核聚变的辐射危害小得多，核聚变反应的原料氘氚储量也近乎无穷无尽　本丈介绍了核电站的运行流程　

和能量转换过程，阐释了聚变反应的物理原理和约束形式　然后介绍了以ＩＴＥＲ和ＥＡＳＴ为代表的核聚变装置研究进　

展，着重介绍了我国核聚变研究；最后，对可控核聚变的发展前景进行了展望　

关键词核电；反应堆；可控核聚变；托克马克　

中图分类号ＴＬ６２　文献标识码Ａ　文章编号２０９５—６　３６　３（２０１　７）１　７—００５９—０２　

进入２１世纪，世界化石能源（煤，石油，天然气等）　

供应趋紧，我国能源结构紧张态势日益加重。为减轻污　

染和减排温室气体，我国投入巨大的人力和物力开发新　

能源（风能、水能、太阳能等），以降低化石能源在我　

国能源结构中所占的比重，提高新能源所占的比重。但　

是，发展上述新能源也存在一定的问题，如风能、太阳　

能发电能力的不稳定性，水能的资源有限和地域局限性　

等…。由此观之，为应对全球能源危机，缓解国内化石　

燃料需求压力，发展核能意义重大　。　

目前，世界上核电站全部是利用核裂变反应获取　

电能，裂变反应的原料铀储量有限，反应中产生强烈辐　

射，所产生的核废料也难以处理。相比之下，核聚变的　

辐射危害小得多，核聚变反应的原料氘氚储量也近乎无　

穷无尽。所以可控核聚变技术具有很好的发展前景　。　

１核电站的运行流程　

根据反应类型，核能分为裂变能（裂变反应）和　

聚变能（聚变反应）。核电站是将核能转变为电能的复　

杂系统。从能量角度讲，核电站中的能量转换为：核能　

一水蒸气的热能一汽轮机的机械能一电能。　

核电站中主要利用３个回路来完成“核能一水蒸　

气的热能一汽轮机的机械能一电能”的转换。如图１给　出了压水堆的工作流程。一回路利用冷却剂将反应堆产　

核聚变科技的发展和应用

随着世界能源需求日益增长，全球对于清洁、高效能源的需求与日俱增。而核聚变科技正是当前能源领域的热门话题之一。本文将介绍核聚变科技的发展历程、原理及其应用前景。

一、核聚变科技的发展历程

核聚变是指将两个轻核聚合成一个重核的过程，这个过程需要大量的温度和压力，当温度达到数百万度时，氢原子核间的斥力就被克服了，从而实现聚变。聚变后的重核释放的能量与原子核所带的电荷成反比，因此，相比于核裂变，聚变所产生的辐射量更少，也更容易控制。核聚变被认为是未来最为可靠的能源来源之一。

核聚变的研究始于上世纪五十年代，当时人们第一次在实验室中实现了氢原子核聚变。由于该技术需要非常高的温度和压力，一直以来都是难以实现的，直至目前为止也没有一个国家能够在商业层面上成功应用核聚变技术。

二、核聚变的原理

核聚变技术的核心是星际物质的核聚变反应，其中所有质量和逃逸速度都高得惊人。但地球上无法达到这样的条件。目前我们所面临的主要难题是如何确保离子被加热到温度足够高，以保证聚变反应不断进行。因此，科学家们需要凭借目前最先进的制造技术来建造一台能够将氢与氦牢牢固定在强磁场中热到几千万度以上的设备。

核聚变的原理很简单，将两个轻氢核融合成一个氦原子核，同时释放出能量。核聚变可以产生干净、不生成放射性物质的能量，并且燃料——氢——的储量丰富。

三、核聚变技术的应用前景

核聚变是人类梦寐以求的清洁环保、万能能源，若被广泛应用，将会替代化石能源，减少全球温室气体排放，降低人类对环境的破坏。当然，制造核聚变设备需要巨大的投资，目前也没有一个国家能够在商业层面上成功应用核聚变技术，因此，核聚变仍然处于实验室阶段。但目前国际上有多个国家专门的科研团队正在进行核聚变技术的研究，希望能够将这项技术尽快应用于现实生活中。

另外，值得一提的是，核聚变技术的应用不仅限于能源领域，其在医学领域也有广泛的应用前景。事实上，核聚变技术已经被用于诊断和治疗癌症，从而帮助拯救更多患者的生命。

第 1 页 共 2 页 可控核聚变基金

（最新版）

目录

1.引言

2.可控核聚变的概念与原理

3.可控核聚变的优点

4.可控核聚变基金的设立与作用

5.我国在可控核聚变领域的发展与挑战

6.结论

正文

【引言】

能源问题是全球性的问题，随着人类对能源需求的不断增长，寻找新型清洁能源已成为当务之急。可控核聚变作为一种理想的能源形式，具有无限的、清洁的、安全的新能源特点，受到世界各国的高度重视。为了推动可控核聚变技术的研究和发展，各国纷纷设立了可控核聚变基金。本文将重点介绍可控核聚变基金的设立与作用，以及我国在可控核聚变领域的发展与挑战。

【可控核聚变的概念与原理】

核能包括裂变能和聚变能两种主要形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商用化。而聚变能是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变。这种反应在太阳上已经持续了 50 亿年。氘在地球的海水中藏量丰富，多达 40 万亿吨，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。 第 2 页 共 2 页 【可控核聚变的优点】

可控核聚变具有以下优点：首先，聚变能是一种无限的新能源，因为氘在地球的海水中藏量丰富；其次，聚变反应产生的氦是无放射性污染的，因此聚变能是一种清洁的能源；最后，聚变反应需要极高温度，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，因此聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核（裂变）电站的事故，它是安全的。

【可控核聚变基金的设立与作用】

为了推动可控核聚变技术的研究和发展，各国纷纷设立了可控核聚变基金。这些基金主要用于支持可控核聚变领域的科研项目、实验装置的建设和维护以及相关人才的培养。通过这些基金的资助，可控核聚变领域的研究取得了一系列重要成果。

可控核聚变，人类的希望

作者：白二娃

来源：《电脑报》2020年第31期

这一切都从那个最美妙的公式：爱因斯坦的质能方程E=MC2说起，E是能量，M是质量，C是光速（约为30万公里每秒）。这个历史上最著名的科学公式告诉我们当原子核内质子中子聚集或裂开产生新的元素时，伴随着原子核的质量损失释放出极其巨大的能量，这就是核反应释放出核能。

核反应中比较容易实现的是重原子的裂开，一个大原子核分裂成几个小的原子核，称为核裂变。用中子去撞击本来就在缓慢裂解的放射性元素（如铀或钚）就可以实现，原子核裂解时会释放中子继续撞击其他原子核，这样就引起了链式反应，其剧烈程度取决于重原子的密度，密度高反应快就是原子弹，密度低反应慢就是核电站。

而最容易发生的核聚变是两个氢原子核聚集成一个氦原子核的过程，这个反应中会出现比核裂变更大的质量损失。相同质量的核原料参与反应，聚变反应是裂变反应释放能量的4倍。

由于原子核间有很强的静电排斥力，只有在一亿开尔文（热力学温标，国际单位制中的温度单位，K）

的超高温下，轻核才有足够的能量克服斥力发生聚变，因此超高温是发生核聚变所必需的外部条件，所以核聚变又称为热核聚变。

與之相对的有人提出设想，希望在较低温度或常温下发生核聚变反应，称之为“冷核聚变”，但是目前这方面还从未出现科学界普遍认可的研究成果，本文不做讨论。

原子核的静电斥力与其所带的电荷成正比，因此原子序数越小、质子数越少的轻核聚变所需的动能（温度）就越低。所以只有一些较轻的原子核（例如氢、氘、氚、氦、锂等）才容易发生核聚变。最常见的核聚变反应是氢的同位素氘和氚发生核聚变生成氦，这其中约有0.7%的质量会转化为能量释放出来。

氘，读作dāo，也称重氢（写作D或2H），原子核包括一个质子和一个中子;氚，读作chuān，也称超重氢（写作T或3H），原子核由一个质子和两个中子组成，而普通的氢原子核就是一个质子。