欢迎您访问国际能源网!
客服热线:<font color="#ff56-198 |
关于核聚变的发展现状和前景探讨
&&来源：南方电网技术情报中心&&作者：情报君&&日期：
日前，美国能源部普林斯顿等离子体实验室在最新一期《》杂志上发表了一篇论文，公布了他们正在研发新一代核聚变设备计划的相关信息。而前不久，普林斯顿等离子体实验室刚刚完成了&美国国家球形托卡马克实验&项目的升级。
下面，先来了解一下&核聚变&，然后再介绍当前全球在&核聚变&方面的一些进展情况。
核聚变VS核裂变提到&核聚变&，相信大多数人会联想到核电站和原子弹。其实，核聚变与这两者有本质上的区别。因为，核电站和原子弹的能力来源是核裂变。核裂变是指原子核，通常指金属铀和钚的原子核，分裂成两个或多个质量较小的原子的一中核反应形式。而核聚变，则是指质量较小的原子，主要是指氘和氚在超高温、高压的作用下，两个原子核碰撞到一起，发生聚合作用，生成新的质量较重的原子核，如：氦。同时，之前被原子核所束缚住的电子和中子在这个过程中就被释放出来。这个释放的过程就是能量释放，就是核聚变。由此，大家可以看出，核聚变其实是与核裂变相反的核反应形式。
我们每天看到的太阳，其内部就在连续不断进行着氢聚变成氦的过程。我们感受到的光和热，就是核聚变产省的。
相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题。同时比核裂变所释放的能量更大。而且其原料可以直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽。据悉每一升海水中含有30毫克的氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油。由此可见，核聚变是理想的能源方式。
核聚变研究历史人类关于核聚变的研究，最早好似从1932年开始。当时，澳洲科学家马克&欧力峰发现了核聚变程序。随后，他又在1950年代早期在澳洲国立大学成立了等离子体核聚变研究机构。目前，人类已经实现了核聚变，如氢弹的爆炸。但那是不可控的核聚变。人类如果想要将核聚变的能量真正利用起来，就必须对核聚变的速度和规模进行控制，并将能量持续、平稳的输出。而产生可控核聚变的条件非常苛刻。以太阳为例，其核心温度高达1500万摄氏度，另外还有巨大的压力才能产生核聚变，但地球上没有办法获得如此大的压力，只能通过提高温度来弥补。并且，温度必须达到上亿度才行。因此，人们通常又将核聚变装置称为&人造太阳&。
核聚变的两种主要方式由于地球上没有任何一种固体物质能够承受上亿度的高温，因此，目前科学家主要通过两种方式来实现。
一种方式，是惯性约束核聚变，或称为激光约束核聚变，如我国的神光计划和美国的国家点火计划就是采用的这种方式。惯性约束核聚变是把几毫克的氘和氚的混合气体或固体，装入直径约几毫米的小球内，从外面均匀射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸发，而受它的反作用，球面内层就像喷气式飞机往后喷而推动飞机往前飞一样，会向内挤压，小球内的气体受压后压力升高，同时温度也会急剧升高。当温度达到所需要的点火温度，即上亿温度时，小球内气体便发生核聚变爆炸，并产生大量热能。这个爆炸过程时间极短，只有几万亿分之一秒。如果这个过程能够连续不断地进行下去，就会形成可控的核聚变。
另外一种核聚变方式是磁约束核聚变。这种方式，目前被认为是最有前途的。当前在法国正在兴建的国际热核聚变实验堆即是采用这种方式。磁约束核聚变装置又被称为，最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维奇等人在20世纪50年代所发明。该装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候，托卡马克装置的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。我国的惯性约束核聚变反应堆，神光-Ⅲ主机装置，是世界第二大激光聚变装置，其主机目前已经在中国工程物理研究院基本完成建设。中国也成为继美国点火装置后第二个开展激光惯性约束核聚变实验研究的国家。与中国的神光-Ⅲ主机装置采用相同核聚变模式的美国国家点火装置是世界上最大的激光聚变装置。理论上，它可以将200万焦耳的能源通过192条激光束聚焦到一个很小的点上，从而产生类似恒星和巨大行星的内核以及核爆炸时的温度和压力。但在最新的一次实验里，输入的150万焦耳的能量，仅产生了1.7万焦耳的能量。由此可见，可控核聚变还有很长的路要走。
ITER计划与美国和中国的两个采用激光约束方式的核聚变装置不同的是，国际热核聚变实验堆计划，简称ITER计划，则采用的好似目前看来最有前途的磁约束核聚变方式。同时，该计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。
ITER计划于1985年倡议发起，经过16年努力，其工程设计方案与2001年完成，此后，又经过5年谈判，ITER计划的七方：美国、欧盟、中国、俄罗斯、印度、日本和韩国，于2006年正式签署联合协议，正式启动ITER计划。预计，ITER计划将历时35年完成。其中，建造阶段10年，运行和开发利用阶段20年，去活化阶段5年。ITER计划是以解决人类未来能源问题为目标，仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。世界上第一个热核聚变实验堆目前正在法国建造。
磁约束核聚变的三种形式
& & 通过以上介绍，我们可以了解到，当前世界关于核聚变的产生方式主要有两种：一是惯性约束核聚变，或称为激光约束核聚变，美国的国家点火装置和中国的神光-Ⅲ主机装置都是这种方式;另外一种方式就是目前看起来可能最有发展前途的磁约束核聚变，而磁约束核聚变经过多年发展探索，也演化出了三种形式：圆环托卡马克装置、球形托卡马克装置和仿星器。(下面三幅图依次为这三种托卡马克装置)
目前，全球已经拥有托卡马克装置的国家绝大多数采用的都是圆环托卡马克装置包括国际热核聚变实验堆计划，ITER计划，采用的也是这种形式，圆环托卡马克装置在等离子约束性能方面有一定的优势，但是，由于其等离子电流的不稳定性，容易发生&大破裂&故障，进而对反应装置造成破坏。在托卡马克装置中，研究人员是用两组磁铁来约束等离子体。一组为外部装置，围绕着真空室;另一组则是内部变压器，用于驱动等离子体中的电流流动。这样一来，中心的磁场就会强于外部，因此托卡马克中的等离子体会朝着外壁移动，一旦撞上便会破裂。
因此，当前科学家对托卡马克的研究，很大一部分精力就是用在了避免&大破裂&上。
而仿星器由于构造上的原因，它内部的等离子体是由外部的磁场线圈进行约束，这些磁线圈会在真空室内部周围产生弯曲的磁场线，从而牢牢地控制住其中的等离子体，不让它们接触到容器的四壁，因此，它不存在大破裂的风险，运行起来也就更加稳定，但是，，仿星器的建造对工艺要求极高，费用也很是高昂。目全球仅日本和德国建有仿星器。其中，德国的Wendelstein7-X是世界上最大的仿星器装置，简称：W7-X，其造价高达10亿欧元。今年3月，W7-X完成了第一轮总计2000多次的实验。等离子体脉冲的持续时间从最初的半秒，达到了6秒。
目前，发仿星器正在升级改造，预计4年后，等离子体脉冲持续时间将可以持续30分钟。
而磁约束核聚变的第三种形式：球形托卡马克装置，相比于圆环托卡马克装置，它的内部孔洞较小，仅有圆环托卡马克装置孔洞的一半，这样，球形托卡马克装置就可以再相对比较弱、成本较低的磁场中产生高压等离子体。目前，在全球范围内，采用托卡马克装置的主要有英国卡拉姆聚变能研究中的兆安球形托卡马克MAST、俄罗斯的Globus-M，以及前面提到的美国能源部普林斯顿等离子体实验室的&国家球形托卡马克装置NSTX&。本次普林斯顿等离子体实验室发表在《核聚变》杂志上的论文中，研究人员描述了一种名叫&中心束注入装置&的设备，它能够启动和保持等离子流，并对约束和控制等离子体的磁场加以优化。
大学和商业公司核聚变的研究现状除以上这些由国家机构所进行的大型可控核聚变项目之外，一些大学和商业公司也在进行可控核聚变方面的研究，不过，他们的可控核聚变规模更小，如：中国科学技术大学正在研发一种名为&反场箍缩磁约束聚变&，简称&科大一环&的实验装置。该装置半径仅为1.4米，目前已于日实现了首次试验放电。美国麻省理工学院在去年发布了一个名为ARC的核聚变反应堆项目，它计划采用一种名叫稀土钡铜氧化物的超导材料，其结果，是可以使核聚变反应的磁场强度翻倍，并使核聚变所释放的能量提高到一个数量级的水平。而美国老牌军工巨头洛克希德马丁公司之前也宣布，称其已在可控核聚变方面取得技术突破，第一个小至可以安装在卡车后端的小型反应堆有望在十年内诞生。
结语虽然，现在看起来，实现&可控核聚变&对于我们人类来说，依旧困难重重，好像是一个不可能完成的任务，但从长远来看，核能必将是人类继石油、煤和天然气之后的主要能源。人类终将从&石油文明&走向&核能文明&。核能将是最终解决人类社会能源问题和环境问题，推动人类社会可持续发展的重要途径。我们这一代或将在有生之年有幸看到，可控核聚变发电造福人类的那一天。
关键词阅读：
记者：全球市场上可再生能源比例持续增长，去年新增发电装机总量62%来自可再生能源...[]
电力要闻推荐
电力要闻点击排行
搜索更多能源资讯CA．这列波的周期为0.5sB．该波的振源起振方向向上C．再经过0.7s，x=9m处的质点Q达到波峰处D．质点Q到达波峰时，质点P恰好到达波谷处（2）如图所示，一条光线从空气中垂直射到棱镜界面BC上，棱镜∠ABC=60°，∠BAC=30°棱镜的折射率为，求这条光线离开棱镜时与界面的夹角为多少？光在棱镜中的传播速度为多少？B．（选修模块3-5）（1）在下列核反应方程式中，X代表质子的方程是BCA．1327Al+24He→1530P+X&&&&&&&&&&&B．714N+24He→817O+XC．12H+γ→01n+X&&&&&&&&&&&&&&&&D．13H+X→24H+01n（2）如图所示，B、C两个虚有其表光滑的水平面上，两者之间有一被压缩的短弹簧，弹簧与B连接，与C不连接，另一物体A沿水平面以V0=5m/s的速度向右运动，为了防止冲撞，现烧断用于压缩的细线，将C物体向左发射出去，C与A碰撞后粘合在一起，已知A、B、C三个物体的质量分别为mA=mB=2kg，mC=1kg，为了使C与B不发生碰撞，问：（1）C物体发射速度至少多大？（2）在细线未烧断前，弹簧储存的弹性势能至少多少？
科目：高中物理
下列核反应方程式中，表示核聚变过程的是（　　）
A、P→Si+eB、H+H→H+nC、C→N+eD、U→Th+He
科目：高中物理
来源：2010年四川省高三考前适应训练（理科综合）物理部分
题型：选择题
1964年至1967年6月我国第一颗原子弹和第一颗氢弹相继试验成功，日，中共中央、国务院、中央军委隆重表彰在研制“两弹一星”中作出贡献的科学家。下列核反应方程式中属于原子弹爆炸的核反应方程式的是A．U→Th +He&&&&&& B．U +n→Sr +Xe +10nC．N +He→O +H&&&&&D．H +H→He +n&
精英家教网新版app上线啦！用app只需扫描书本条形码就能找到作业，家长给孩子检查作业更省心，同学们作业对答案更方便，扫描上方二维码立刻安装！请问这个为什么是核聚变方程……核聚变方程是对产生什么不作要求吗?这个产生了伽马啊……请哪位高手帮忙讲解一下怎么看一个方程是不是核聚变方程?
我会难过°92
核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下（如超高温和高压）,发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式.生成的伽马射线是高能射线,与微波、可见光、紫外光、X光一样,都是电磁波,但是伽马射线的波长要比其它电磁波都短很多,其波长短于0.2埃.埃才等于1毫米.虽然伽马射线的能量很高,但是其仍是电磁波,不带有中子或质子等核子,其质量数也为0.要看是不是核聚变方程,只要看生成物原子的原子序数是否比反应物原子序数更大,如果答案是“是”,那么就是聚变方程.
为您推荐：
其他类似问题
由两个或多个序数低的原子合成比较重的原子就是聚变了请问这个比较重是什么概念……这里的伽马是看做质量数是0，质子数也是0吗？要不这方程怎么守恒……谢谢！主要是看原子吧，核聚变就是合成后质量减少了，然后释放出能量能量应该就是这些射线吧，我是这样认为的...
主要是看原子吧，核聚变就是合成后质量减少了，然后释放出能量能量应该就是这些射线吧，我是这样认为的
因为用两个轻核去聚变成一个核子所以叫核聚变，肯定有要求，不过现在人工核聚变都是这个，因为就连这个都要在超高温超高压的环境才能进行……伽马只是一种射线，是电磁波，不是粒子……阿尔法是高速氦核流，贝塔是高速电子流……请问产生的不是粒子而是射线（比如这道题的伽马射线）也可以叫和反应方程吗……也就是说和反应方程不一定必须生成粒子吗……O(∩_∩)O谢谢所有的放射性物质的衰变时都会伴有伽马射线，因...
所有的放射性物质的衰变时都会伴有伽马射线，因为重核发生核裂变时，原子还是激发态的，它要放射出能量来使自己稳定，那能量以伽马射线的形式放出来……你那道题的氦不也是产生的粒子吗？核方程式有分衰变的，核裂变的，核聚变的……你所说的生成粒子是神马意思？
饿是这样……我说的粒子就是中子啊质子什么的……因为我看很多和反应方程写出的结果都是粒子啊
…这个不是想写就写的……看来你的核物理基础很不扎实啊……核反应的结果就是产生一个新的原子，但原子是由质子和中子组成，反应后多出来的是质子就是质子，是中子就是中子……
扫描下载二维码核聚变反应的基本原理_科普知识_中国百科网
核聚变反应的基本原理
&#160;&#160;&#160;&#160;核聚变反应 -基本原理 核聚变反应原理示意图核聚变的原理是：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度，就可增大原子核动能。因此，聚变反应对温度极其敏感，在常温下其反应速度极小，只有在1400万到1亿度的绝对温度条件下，反应速度才能大到足以实现自持聚变反应。所以这种将物质加热至特高温所发生的聚变反应叫作热核反应，由此做成的聚变武器也叫热核武器。要得到如此高温高压，只能由裂变反应提供。但目前，科学家也已研究出了其他一些方法，比如：用多束照在同一个点上，就可以产生出超高温等等。利用聚变反应的另一大问题就是，没有可以用来盛放聚变反应的物质，地球上的物质都会在高温下熔化。但是由于聚变反应的辐射污染，比裂变要小得多，所以科学家还在不断探索当中。 核聚变反应堆的原理很简单，只不过对于人类当前的技术水准，实现起来具有相当大的难度。原子核(质子，中子)-内部结构模型图[2] 物质由分子构成，分子由原子构成，原子中的原子核又由质子和中子构成，原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电，中子不带电。电子受原子核中正电的 吸引，在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同，如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子，铀是天然元素中最重的原子，有92个质子和92个电子。核聚变反应示意图核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。其实，利用轻核聚变原理，人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸，但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变，瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要，长期持续释放，才能使核聚变发电，实现核聚变能的和平利用。如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中，第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。第二步，由于所有原子核都带正电，按照"同性相斥"原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越 大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。质量轻的原子核间静电斥力最小，也最容易发生聚变反应，所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素，在自然界中存在的同位素有： 氕、氘 (重氢)、氚 (超重氢)。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变最容易，氘和氘之间的聚变就困难些，氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时，先考虑氘、氚之间 的聚变，后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应，释放的能量也更多；但是以人类目前的科技水平，尚不足满足其聚变条件。为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，直至上亿摄氏度，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，温度越高，原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。反应堆经过一段时间运行，内部反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应堆，并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内，核聚变就能持续下去；核聚变产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，剩余大部分的能量可以通过热 交换装置输出到反应堆外，驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。
收录时间:日 01:51:00 来源:百科网 作者:匿名
上一篇： &(&&)
创建分享人
喜欢此文章的还喜欢
Copyright by ；All rights reserved. 联系：QQ：人工核转变与核聚变、核裂变在核反应方程式上如何区分?
nkRP80LV60
不要听1楼乱放狗屁核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化.是指由重的原子,主要是指铀或钚,分裂成较轻的原子的一种核反应形式.核聚变是指由质量小的原子,主要是指氘或氚,在一定条件下生成新的质量更重的原子核,并...
为您推荐：
其他类似问题
裂变是大原子变小原子，巨变就小的变大的
扫描下载二维码}