第一篇：核聚變聚變能是一種無限的清潔的安全的新能源核聚變主要原料

核 聚 變

聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。

核聚變主要原料是氫（H）、氘（D）和氚（T）。由于4個氫核聚合成一個氦這個反應(yīng)速度太慢，不適合在地球上反應(yīng)，所以一般不考慮。D-D反應(yīng)是首選的聚變反應(yīng)。氘又叫重氫。較易從海水中提取，氘在地球的海水中藏量豐富，多達400000億噸，如果全部用于聚變反應(yīng)，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應(yīng)產(chǎn)物是無放射性污染的氦。另外，由于核聚變需要極高溫度，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，燃料溫度下降，聚變反應(yīng)就會自動中止。又因為每時每刻只有一丁點兒的氘發(fā)生聚變，沒有失控的危險。也就是說，聚變堆是次臨界堆，絕對不會發(fā)生類似前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站的事故，后者利用的是核裂變。

聚變的第一步是要使燃料處于等離子體態(tài)，即進入物質(zhì)第四態(tài)。等離子體是一種充分電離的、整體呈電中性的氣體。在等離子體中，由于高溫，電子已獲得足夠的能量擺脫原子核的束縛，原子核完全裸露，為核子的碰撞準備了條件。當?shù)入x子體的溫度達到幾千萬攝氏度甚至幾億度時，原子核就可以克服斥力聚合在一起。目前，激光技術(shù)的發(fā)展和進步，使高溫點火問題獲得解決，世界上最大的激光器輸出功率已達100萬億瓦，足夠點燃核聚變之用。此外，利用超高頻微波加熱法也可達到點火溫度。如果同時還有足夠的密度和足夠長的熱能約束時間，這種聚變反應(yīng)就可以穩(wěn)定地持續(xù)進行。等離子體的溫度、密度和熱能約束時間三者乘積稱為“聚變?nèi)胤e”，當它達到1022時，聚變反應(yīng)輸出的功率等于為驅(qū)動聚變反應(yīng)而輸入的功率，必須超過這一基本值，聚變反應(yīng)才能自持進行。

受控熱核聚變能的研究分慣性約束和磁約束兩種途徑。慣性約束：激光慣性約束是在直徑為0.4mm的小球內(nèi)充以30-100大氣壓的氘氚混合氣體，用強激光（1012-1014W）均勻照射，使氘氚混合氣體的密度達到液體密度的一千到一萬倍，溫度達到108K而引發(fā)聚變。其它慣性約束方案：電子束、重離子束慣性約束。

磁約束：是利用強磁場可以很好地約束帶電粒子這個特性，構(gòu)造一個特殊的磁容器，建成聚變反應(yīng)堆，在其中將聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實現(xiàn)聚變反應(yīng)。20世紀下半葉，聚變能的研究取得了重大的進展，托卡馬克類型的磁約束研究領(lǐng)先于其它途徑。托卡馬克是前蘇聯(lián)科學家于20世紀60年代發(fā)明的一種環(huán)形磁約束裝置。美、日、歐等發(fā)達國家的大型常規(guī)托卡馬克在短脈沖（數(shù)秒量級）運行條件下，做出了許多重要成果。等離子體溫度已達4.4億度；脈沖聚變輸出功率超過16兆瓦；Q值（表示輸出功率與輸入功率之比）已超過1.25。所有這些成就都表明：在托卡馬克上產(chǎn)生聚變能的科學可行性已被證實。但這些結(jié)果都是在數(shù)秒時間內(nèi)以脈沖形式產(chǎn)生的，與實際反應(yīng)堆的連續(xù)運行仍有較大的距離，其主要原因在于磁容器的產(chǎn)生是脈沖形式的。受控熱核聚變能研究的一次重大突破，就是將超導(dǎo)技術(shù)成功地應(yīng)用于產(chǎn)生托卡馬克強磁場的線圈上，建成了超導(dǎo)托卡馬克，使得磁約束位形的連續(xù)穩(wěn)態(tài)運行成為現(xiàn)實。超導(dǎo)托卡馬克是公認的探索、解決未來具有超導(dǎo)堆芯的聚變反應(yīng)堆工程及物理問題的最有效的途徑。目前，全世界僅有俄、日、法、中四國擁有超導(dǎo)托卡馬克。法國的超導(dǎo)托卡馬克Tore-supra體積是HT-7的17.5倍，它是世界上第一個真正實現(xiàn)高參數(shù)準穩(wěn)態(tài)運行的裝置，在放電時間長達120 s條件下，等離子體溫度為兩千萬度，中心密度每立方米1.5×1019，放電時間是熱能約束時間的數(shù)百倍。