受控核聚变研究的进展和展望_丁厚昌
受控核聚变专利技术分析及技术脉络梳理
受控核聚变专利技术分析及技术脉络梳理相对传统化石能源，聚变能是一种比较干净和安全的能源，其燃料来源于海水中氚，产物主要是水，而地球上的海水中储备的氚足够人类使用1010年。
笔者利用专业检索系统，对国内外受控核聚变领域的专利申请进行全面检索，并针对受控核聚变的专利申请状况进行统计分析，并对技术脉络进行梳理，以期对国内相关从业人员了解该领域的国内外研究现状，掌握行业关键技术，寻找技术空白点提供帮助。
标签：核聚变；专利分析；托卡马克Abstract：Compared with the traditional fossil energy，fusion energy is a relatively clean and safe energy. Its fuel source is from tritium in seawater，its main product is water，and the reserves of tritium in earth’s sea water is enough for human use for 1010 years. Using the professional retrieval system，the author retrieves the patent applications in the field of controlled nuclear fusion at home and abroad，makes a statistical analysis of the status of patent applications for controlled nuclear fusion，and sorts out the technical context，in order to provide help for domestic professionals in the relevant field to know about the research status，master the key technology，and find the technical gaps.Keywords：nuclear fusion；patent analysis；Tokamak1 申請量的年度发展趋势采用国际专利分类（IPC）G21B分类号（不包含冷聚变相关的G21B3/00分类号）对国内外的聚变相关专利进行检索，得到下图，其显示了相关领域国内外专利申请量的年度分布情况，由于专利公开日期的滞后性，13年-15年的专利申请数量不作为分析的数据依据。
可控核聚变——“无限的能源”梦想
Sci-Tech Expo科技博览可控核聚变——“无限的能源”梦想文 王握文 任永存 李杭2022年年初，英国原子能研究所发布消息称，在最近一次核聚变发电实验中，欧洲联合核聚变实验装置（J E T）在5秒内产生了59兆焦耳的持续能量，打破了这一装置在1997年创造的4秒内产生约22兆焦耳这一纪录，创造了可控核聚变能量新的世界纪录。
所谓可控核聚变，是指在一定条件下控制核聚变的速度和规模，能实现安全、持续、平稳能量输出的核聚变反应。
在能源需求量日益增加、能源短缺日趋严重的今天，可控核聚变凭借原料充足、安全可靠、无污染等优势，被科学家视为解决人类能源问题的“光明大道”。
59兆焦耳，可以满足一个普通家庭一天的电力需求。
此次J E T创造的世界纪录，让很多科学家确信，人类获得这一“无限的能源”是可能的、可行的。
利用核聚变，难就难在“可控”二字提起工业社会你会想到什么？滚滚蒸汽，堆积如山的煤炭，还有喷涌而出的石油……自进入工业社会以来，以化石燃料为核心的能源不断应用于人们的生产生活，助推着工业文明发展和科学技术进步。
即使在技术高度发达的今天，人们依然对煤炭、石油、天然气等传统能源保持着相当大的依赖。
然而，随着人类需求的不断扩大，传统能源的储量正在不可逆转地减少，其造成的污染更是对人类健康与生存造成严重影响。
寻找无限的清洁能源一直是科学家努力探索与追求的目标。
1942年12月，以美籍意大利著名物理学家恩利克·费米为首的一批科学家，根据核裂变原理，在美国建成了世界上第一座人工核反应堆，为人类打开了原子世界的大门。
研究表明，1克铀-235充分核裂变后，释放出来的能量相当于2.8吨标准煤燃烧释放的能量。
这激起了世界各国利用核裂变发电的热情。
然而，这种方式存在很大局限。
一方面，核裂变反应所需的裂变燃料在地球上储量有限；另一方面，核裂变产生的核废料具有长期放射性，一旦处理不当，会给人类及环境造成长久而巨大的影响。
磁约束受控热核聚变研究中的物理问题课件
仿星器装置的介绍
仿星器是一种类似于恒星内部结构的受控热核聚变装置，其名称来源于它的形状和 功能。
仿星器装置通常由多个磁场线圈组成，通过改变线圈电流来控制等离子体的形状和 约束。
仿星器装置的主要优点是能够模拟恒星内部的物理环境，并且具有较高的等离子体 密度和温度，因此在磁约束受控热核聚变研究中具有一定的应用价值。
热核聚变反应的点火与燃烧过程
总结词
点火与燃烧过程是磁约束受控热核聚变中的关键环节 ，涉及到高温、高压和高密度的极端物理条件。
详细描述
为了实现聚变反应的持续进行，需要解决点火与燃烧 过程的问题。点火涉及到聚变反应的启动，需要足够 的高温和高密度条件以克服热力学障碍。燃烧过程则 涉及到反应的维持和扩展，需要保持高温和高密度条 件，同时解决能量传输和输运问题。这一过程需要深 入研究燃烧等离子体的物理机制、能量传输和输运特 性以及高温等离子体的辐射性质等方面的知识。
02
磁场约束
通过强大的磁场，将高温等离子体限制在特定形状的磁场结构中，防止
其与容器壁直接接触。磁场强度和形状需精确控制，以确保等离子体的
稳定约束。
03
高温高压条件
为了引发和维持聚变反应，需要将等离子体加热到极高温度（数亿度）
，同时施加足够的高压。这需要采用先进的加热技术和能源输入方法。
磁约束受控热核聚变的应用前景
在球马克装置方面，研究者们成功地 实现了等离子体的均匀分布和稳定约 束，并探索了其在磁约束受控热核聚 变研究中的潜在应用前景。
04
面临的挑战与未来发展方向
等离子体控制技术的挑战
维持等离子体的稳定性
在磁约束受控热核聚变过程中，需要克服各种不稳定性，如ELM（边缘局域模）和ITG （内部输运垒）等，以确保等离子体的稳定运行。
受控自持续核聚变或现新曙光——美科学家推导出核聚变“热密度界限”方程
承认其观点也有不足之 处， 并欢迎新的思想。盖茨和德 尔嘎多一 阿帕瑞奇欧提 出的理论代表 着试 图解决“ 密 热
度界 限” 的新 途径 。
然 而 ，在托 卡 马 克环 实验 反 应 堆 中的等 离子体 达 到 神 秘 的“ 密度界 限” ， 离子 体 能旋 转 形成 闪光 ， 度 热 时 等 温
最初 没有 传播 开来 。
布特在一次会议上介绍 了辐射形成的岛屿， 但是没有刊
登在 杂 志上 。大约 １ ０年后 ， 国物 理 学家 沃 尔夫 冈 ・ 德 苏
盖茨和德 尔嘎 多一 阿帕瑞奇欧希望能够在麻省理 工 学院名为 Ａｃｔ — ｏ 的托卡马克核 聚变环装置以 ｌ ｏ ＣＭｄ ａｒ
・
Ⅱ ・
科技新 闻
限 ” 。
公 开得 到 大量 的报 道 ， 人们 仅仅视 其 为有 趣 的观 点。人
对于等离子体 岛屿问题 ， 学家曾单独地发表 了论 科
文 。２ 纪 ８ ０世 ０年代 中期 ， 国物理 学 家保 罗一 法 亨利 ・ 芮
们通常通过出版物传播信息， 然而“ 热密度界限” 的理念
科技 新 闻
受控 自持 续 核 聚 变 或 现 新 曙 光
— —
热过程 为等 离子体 添加 的 能量 时 ， 平衡被 打破 。 当岛屿 生 长到足 够 大时 ， 于帮助加 热和 束 缚等 离子体 加 热的 用 电流 出现 崩 溃 ， 离子体 四散 开 来。 等 大卫 ・ 茨是 美 国能 源部 普 林斯 顿 等 离子体 物 理 实 盖 验 室的 物理 学 家， 和 实验 室博 士后 研 究 员、 自麻 省 他 来
研 究人 员认 为 ，如 果 新提 出的 解 决方 式被 实验 验 证 是
刻” 。通过将注意力放在等 离子体 中的岛屿和带走能量
新能源_核能结课论文汇总
南京理工大学《新能源技术》课程报告姓名学号：学院(系):自动化学院专业: 电气工程题目: 受控核聚变的研究发展组别第8组核能任课教师硕士导师2015年6月16号受控核聚变的研究发展摘要：本文首先概述了受控核聚变能源的发展状况。
接下来分析了受控核聚变的定义，以及当今受控核聚变的主要研究途径和面对的难题。
磁约束核聚变和惯性约束核聚变是当今研究受控核聚变的两种主要研究途径。
在磁约束核聚变中，本文首先讲解了该方式的原理。
然后分析了托卡马克装置的工作原理。
接着分析了我国磁约束核聚变的发展。
在惯性约束核聚变中，首先讲解了该方式的基本原理。
然后介绍了美国的NIF装置的发展状况，以及我国神光工程在约束核聚变中研究。
人们研究核聚变的脚步依然在向前迈着，不久的将来一定能实现可控的核聚变。
关键词：受控核聚变；磁约束核聚变；惯性约束核聚变Research and development of controlled nuclear fusionABSTRACT：This paper tells the development of controlled nuclear fusion energy at the first. Then it analyzes the definition and the main research methods and the problems of controlled nuclear fusion. Magnetic confinement fusion and inertial confinement fusion are two main research approaches in the study of controlled nuclear fusion. This paper explains the principle of magnetic confinement fusion firstly. Then it analysis the working principle of tokamak. It also analyzes the development of magnetic confinement nuclear fusion in China. In the inertial confinement fusion, the paper firstly explains the basic principle of the method. Then this paper introduces the development of the NIF device in American and SG engineering in nuclear fusion research in China. People still insist on the study of nuclear fusion, people will be able to achieve controlled nuclear fusion in the future.KEYWORDS：controlled nuclear fusion; magnetic confinement fusion; inertial confinement fusion1 引言能源与生活息息相关。
核聚变技术的最新研究成果
核聚变技术的最新研究成果核聚变技术是人类追求清洁、永久、高效能源的梦想。
近年来，全球各大实验室和研究机构持续推进着核聚变技术的研究。
今天，让我们来看看核聚变技术的最新研究成果。
一、国际热核聚变实验堆（ITER）ITER是世界上最大的聚变实验，由欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度等国组成的国际联合体建造。
ITER采用“托卡马克”型聚变反应器，目标是实现人工控制的核聚变反应，以获取清洁、持久、高效的能源。
近年来，ITER项目进展迅速。
2019年底，ITER的大型模块化结构开始完工，在2020年完成了现场砌筑工程，目前正在进行设备安装和管理系统的构建。
二、中科院等国内机构的核聚变实验国内也在积极推进核聚变技术的研究。
中国科学院近期在实际实验中成功压缩了等离子体，这是中国在核聚变领域的一项重大突破。
中国原子能科学研究院也在多项实验中取得了突破性进展。
在国内外多个机构的努力下，未来我们可能会看到一些商用化的聚变反应堆投入使用，为世界提供更多的清洁能源。
三、自由电子激光谱仪的应用除生产等离子体外，自由电子激光谱仪（FALC）也在核聚变中发挥着作用。
FALC可以产生强烈的电磁场，用于研究等离子的行为，对聚变领域的理论研究有着重要意义。
FALC组合其他实验技术可以研究等离子体的物理性质，确定聚变反应的条件和可能出现的问题。
这些技术的提升都将为核聚变技术的实际应用带来帮助。
四、宇宙聚变的启示聚变技术在自然界中有着广泛应用。
比如，太阳是一个巨大的聚变反应堆，宇宙中的恒星、行星和卫星也都是基于聚变技术的运作。
通过研究宇宙聚变过程，人类可以更好地理解聚变技术的本质和运作规律，这对聚变技术的进一步研究有着重要意义。
综上所述，核聚变技术的最新研究成果涉及众多领域，包括工程应用、理论研究和宇宙探索等。
我们相信在全球各大实验室和研究机构的共同努力下，核聚变技术必将实现商业化应用，为人类提供更多的清洁、可持续、高效能源。
受控核聚变两大途径的对比与结合!
离真正的 后的商业运行 % 因为无论是 >0? 还是 @0?， 经济利用都还有相当长的一段距离， 还有许多问题 要解决 % 在这里我们首先讨论一下 >0? 和 @0? 的特 点及各自目前还存在的困难， 然后再探讨一下二者 的结合问题 % 笔者认为， 如果将 >0? 和 @0? 结合起 来， 也许能克服原来各自的某些缺点和困难， 甚至可 能会产生一些意想不到的效果 %
I
>0? 和 @0? 基本原理及其优缺点对比
首先， 我们来看看 >0?， 即磁约束方式 % 所谓磁 约束受控核聚变， 就是利用一定的强磁场将高温等 离子体进行约束和压缩， 使之达到劳森判据 （即受控 核聚变条件） ， 实现聚变反应 % 为此人们先后设计了 诸如磁镜装置、 仿星器、 箍缩装置以及在以上装置的 基础上发展起来的托卡马克装置 % 目前托卡马克装 置基本上已经成为 >0? 研究的主流装置， 所取得的 成果最接近于聚变点火条件 % 但是， 即使在托卡马克
%./01230
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磁约束受控热核聚变研究中的物理问题
1，电子温度分布的剖面不变性：
• 模型：电子温度梯度(ETG)驱动的湍流支配电 子能量的反常输运； 温度分布陡（温度梯度大）→湍流发展→输运 系数增加→温度分布变平→温度梯度低于一定 的阈值→湍流就消失→输运系数就降到新经典 理论预言的值→温度分布变陡。 • 自洽平衡的结果，就使得电子温度梯度保持在 阈值附近而呈现某种不变性。虽然线性理论求 得的ETG模的不稳定阈值与实验结果很接近， 但理论计算和数值模拟得到的ETG模引起的输 运系数都远小于实验观测值。因此，理论仍然 不能定量解释并预见电子温度分布的剖面不变 性这种自组织现象。
Cryostat
Toroidal Field Coil Nb3Sn, 18, wedged 24 m high x 28 m dia. Port Plug (IC Heating) 6 heating 3 test blankets 2 limiters/RH rem. diagnostics
Fusion Power: 500 MW Plasma Volume: 840 m3 Nominal Plasma Current: 15 MA Typical Temperature: 20 keV Typical Density: 1020 m-3
2，输运壁垒(Transport Barrier)：
• 等离子体能量约束的低（L-）模：
E E /( dE / dt ) P
0 .5
• 等离子体能量约束的高（H）模： 在一定的条件下，当非欧姆加热 功率超过一定的阈值时，等离子 体会发生向高（H）约束模式的 突变。H模的一个特点就是等离 子体的密度和温度在等离子体 边缘部分会很快变陡而形成台基状的边缘输运壁垒
三、磁约束等离子体中的自组织现象
受控核聚变的挑战机遇与现状
工业技术科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald128DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.03.128受控核聚变的挑战机遇与现状①李博西(中核辽宁核电有限公司设备采购处 辽宁葫芦岛 125100)摘 要：核聚变能是取之不尽，用之不竭的能源，可以很好的解决能源短缺的问题，就目前来看，实现安全可控的聚变能利用仍存在一些挑战。
本文主要从核聚变的原理、发展现状、挑战与机遇等方面进行了详细的介绍，并总结得出核聚变能的应用已有良好的研究基础，且正突飞猛进的发展着，在不久的将来可控的利用核聚变能是合理可行且充满希望的。
关键词：核聚变 托卡马克 EAST ITER CFETR FDS-MFX 中图分类号：TL64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)01(c)-0128-02①作者简介：李博西（1989—），男，汉族，辽宁葫芦岛人，本科，工程师，研究方向：核电厂设备采购。
核能的释放方式包括重核裂变和轻核聚变两种形式。
核裂变会产生长寿命放射性废物，由于公众的反对意见、世界铀资源的短缺以及核废料的积累，裂变发电的发展会受到一定阻碍[1]。
核聚变是核反应的一种形式，其结合了两个较轻的核以形成一个较重的核、一个很轻的核（或粒子）和大量能量。
如可以根据人们的意图使聚变反应在固定约束区内可控地产生和进行，即可实现受控核反应。
就目前来看，实现安全可控的聚变能利用仍存在一些挑战。
因此在聚变核电站建成之前，发展聚变堆中间应用的相关研究及其可行性的科学验证，是成功开发利用聚变能源的必经之路[1]。
1 磁约束聚变的原理目前主要可以通过磁约束和惯性约束两种途径实现受控核聚变。
国际磁约束核聚变研究始于20世纪50年代，磁约束聚变是利用强磁场这一“磁容器”来约束高温等离子体，并可以将其加热至上亿度，以维持连续的热核反应，最终将其产生的巨大热能转化为电能[2]。
聚变能
聚变能1．聚变能优势：一升海水中的氘通过核聚变反应可以释放出相当于燃烧300L汽油的能量，相当于可获取2×1011TW•a的能量，若以20TW•a的消耗量，则可使用100亿年。
即使以现在可行的氘氚聚变，以地球上生产氚所用的锂的储量，也可以使用上千万年左右。
从这个角度说，核聚变是解决人类能源危机的终极方法。
并且，它还是相当安全的能源。
燃烧等离子体一旦建立，任何运行事故都能使等离子体冷却，从而使核聚变堆在短时间内熄灭。
它是相当清洁的能源，不产生化石燃料电站所释放的的二氧化碳和氮氧化物等，也不产生长寿命高放射性的废物等，在运行过程中的放射性也很小。
氚具有放射性，但是其半衰期仅有12.3年，因而很容易处理。
因而，从长远来看，聚变能是解决人类能源危机的最有效最现实的方法。
2．核聚变的原理：原子核由中子和质子构成。
核子组成原子核时，放出结合的能量。
原子核全部结合能量被其组成原子核的核子数(质量数)除的商，称为平均结合能。
若将对应质量数的平均结合能用曲线表示的话，那么如图所示。
由这个图可知平均结合能在质量数60附近为最大。
这就意味着采用一些方法，使得原子核向着质量数60左右的原子核变化，使其释放出多余的结合能量。
利用这种结合能就是利用原子能。
由图示的情况可知，有两种方法。
即：一种是使非常重的原子核裂变二个，分别利用质量数变换成60左右的原子核时放出的能量的方法（核裂变反应）；第二种是利用使二个轻原子核聚合为重原子核时放出的能量的方法（核聚变反应）。
我要说的就是第二种方法。
如果两个原子核非常接近，那么强大的核力作用下，就会引起核聚变反应。
但是原子核总是带正电，相互之间会有库伦斥力。
要引起核聚变反应，就必须克服这种库伦斥力，使原子核接近到核力可以起作用的地方，这就必须是原子核具有很大的能量，以使其能够碰撞反应。
由右图（反应截面积可以近似的理解为反应的几率）可知，要发生聚变，需要加给原子核的能量的数量级是KeV，而从反应式可知，核聚变反应所产生的能量是几个到几十个MeV，可以向外输出能量。
中国核聚变研究现状与发展趋势
中国核聚变研究现状与发展趋势作者：张微杜广徐国飞来源：《科技视界》2019年第05期【摘要】与传统的石化能源相比，核聚变能具有清洁、高效和资源无限等特点。
在全球温室效应和环境污染日趋严重的背景下，核聚变发电的优势日趋明显。
未来核聚变的发展有可能会成为世界能源的重要组成部分。
本文介绍了核聚变能的特点和发展历程，通过对我国各主要核聚变装置的介绍，分析和总结了国内核聚变的研究现状，并对我国核聚变的发展趋势和发展路线进行展望。
【关键词】核聚变;托克马克;等离子体中图分类号： TL61 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0148-0030 前言核能已日益成为当今世界的主要能源，其中核裂变技术已经成熟，并被广泛用于核能发电。
核能所占的比例也越来越大。
在法国核能占比约76%，在美国核能占比约30%。
根据中国核能行业协会统计数据，2017年上半年，我国核能发电量占比约3.90%。
根据“十三五”规划，到2030年，我国核能发电量占比会达到约10%左右。
但是中国铀矿资源禀赋不佳，国内产量难以满足如此大规模的核电发展需求，从而使得中国铀矿资源对外依存度逐渐攀升。
然而全球铀矿资源趋于垄断，严重影响我国铀矿资源的市场安全。
因此，不依赖铀矿的核聚变能源优势日渐明显。
未来核聚变的发展有可能会成为世界能源的重要组成部分。
1 核聚变能简介核聚变和核裂变理论都来自著名的爱因斯坦质能方程E=mc2，核聚变释放的能量比核裂变要大得多。
核聚变是指将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个极轻的核（或粒子）的一种核反应。
两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，如下三个聚变反应分别是氘-氘反应，氘-氦反应和氘-氚反应。
其中氘氚反应是地球上最容易实现的聚变反应。
氘与氚可直接取自海水，来源几乎取之不尽。
以100万千瓦的电站一年所需燃料比较，如图1所示。
传统的燃煤电厂需要大约200万吨煤，燃油电厂需要约130万吨燃油。
可控核聚变的研究及发展
可控核聚变能源的研究及发展前景摘要：可控核聚变作为一种具有多种优势的理想能源，被寄托了许多期望。
在各国协同展开联合研究计划的同时，包括中国在内，有实力的国家都希翼在这一领域率先取得突破人类探索更高效更持久更清洁能源的努力从未住手。
相比于目前已经进行了较充分利用开辟的核裂变能，不少专家认为，可控聚变能代表着更夸姣的能源未来。
关键字：能源危机、新能源、核能、可控核聚变随着中国经济发展，能源消耗量随之增加。
目前，中国已经成为世界第二大能源消费国，并且有可能在三到五年内超越美国成为世界最大能源消费国。
能源是发展国民经济的动力，是社会发展的基石。
随着国民经济的发展和生活水平的提高，对能源的需求越来越高，而人类现在大规模使用的化石能源是不可再生的资源，据估计，这些化石能源再仅够人们使用一百年摆布的时间。
面临即将到来的能源危机，人们在积极的寻觅新能源，如太阳能，风能、潮汐能，地热能，但由于其能源密度低等原于是限制了其发展，没有大规模的应用。
而核反应所蕴含的能量是巨大的。
目前的核电站都应用的核裂变能，虽然这可以提供和多的电能，然而所产生的污染也是很巨大的。
相对于裂变，聚变能更加巨大，更加环保清洁。
因此，从长远的眼光来看，聚变能可能是解决人类能源危机的最有效最现实的方法。
核聚变作为一种具有多种优势的理想能源，被寄托了许多期望。
与裂变能相比，聚变能具有资源丰富，安全、清洁、高效的优点，基本满足人类对于未来终极能源的种种设想。
核聚变的原理、条件及材料一、核聚变的原理核聚变反应堆的原理很简单，很好理解，只无非实现起来对于当时的人类技术水准，几乎是不可能的。
第一步，作为反应体的混合气必须被加热到等离子态——也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，原子核能自由运动，这时才可能使得原子核发生直接接触，这个时候，需要大约 10 万摄氏度的温度。
第二步，为了克服库伦力，也就是同样带正电子的原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，得到这个速度，最简单的方法就是——继续加温，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，要使原子核达到这种运行状态，需要上亿摄氏度的温度。
对核聚变和受控热核反应教学内容的商榷
对核聚变和受控热核反应教学内容的商榷作者：朱向冰,方茜,邬刚来源：《教育教学论坛·上旬》2012年第06期摘要：对人民教育出版社2007年4月出版的普通高中课程标准实验教科书《物理》选修1-2第二版教材中聚变和受控热核反应内容进行了认真的探讨。
发现有个别值得商榷之处，提出一些改进的建议。
关键词：教材；高中物理；核反应中图分类号：O531，G634 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）06-0013-02一、引言人民教育出版社2007年4月出版的普通高中课程标准实验教科书《物理》选修1-2第二版教材很有特色，纵观全书可以看出编辑这本书的有关工作人员付出的艰辛劳动和辛勤汗水。
整本书材料翔实、概念清楚、物理图像清晰、文字流畅易懂。
注重了对学生创新性思维的引导和培养，有利于学生在学习的过程中对物理产生更为浓烈的兴趣，是本很适合高中生学习的教科书。
在本书中仅有个别值得商榷之处。
在细读了本书第三章第四节裂变与聚变中有关“核聚变和受控热核反应”之后，为了达到抛砖引玉的目的，现简单阐述一下对本节的看法和观点，以求和广大读者交流沟通，不足之处希望大家批评指正。
二、分析计算本书55页第二自然段第四行指明“当物质的温度达到几百万摄氏度时，剧烈的热运动使得一部分原子核具有足够的动能，可以克服库仑斥力，碰撞时十分接近，发生聚变。
因此，聚变又叫热核反应。
热核反应一旦发生，就不再需要外界给它能量，靠自身产生的热就可以使反应进行下去。
”首先文中所指的“几百万”的反应发生温度有待调查，在核聚变反应中包括受控核聚变反应，在受控核聚变反应中获取能量的反应主要有如下几种[1]。
2D+3T→4He+n2D+2D→3T+p2D+3D→3He+n2D+3He→4He+p其中以D-D反应为例：两粒氘核都带正电，要发生聚变，它们必须克服库仑斥力，彼此接近到原子核内核子与核子之间的距离（即10-15m）。
此时库仑势能大约E≈10-13焦耳。
新能源发电技术课件：可控核聚变及其未来利用方式
射回来
多重串级磁镜装置
2.5.3.2 磁约束核聚变——闭合形态：托卡马克装置
闭合形态：把磁力线连同等
离子体柱弯曲起来，使它的两 端互相连接，成为一个环形， 磁力线闭合起来。
问题：组成等离子体的正负
电荷分离而发生一些漂移运动
解决方案：使磁力线来一个“旋转变
换”。以简单的环形磁场B为基础，加 上一个垂直方向的“极向磁场”Bp，即 在环的小截面上的一个旋转式的磁场分 量，来造成磁力线的旋转变换。
处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地 发生大量的原子核聚变反应，释放出热量。
两种磁约束核聚变装置
2.5.3.2 磁约束
原理：核聚变的高温等离子体在磁场中的运动只能绕
着磁力线做螺旋线运动，这样在磁力线的垂直方向上，带 电粒子就被约束住了，可采用特殊形状的磁力线来约束高 温等离子体，并与实际器壁相脱离。
托卡马克装置
2.5.3.2 托卡马克装置
原理：利用超高真空中的等离子体电流携带等离子体，由欧姆加热线圈
电流根据变压器原理建立和维持等离子体电流，用环向磁场来约束等离子体， 用平衡磁场控制其平衡；由高频电磁 波设备构成的辅助加热系统来驱动电 流或加热等离子体。
灯丝的 热电子 或者微 波等作 用下
真空室 注入气 体
5
2.5.1 认识核聚变
核聚变 : 质量较轻的原子在超高 热核聚变：大规模的核聚变反应通
温下发生的原子核聚合作用，生成 常需要在极高温条件下（约1亿℃以 新的质量较重的原子核并且释放出 上）进行，称为热核聚变 巨大的能量。
氘氦聚变示意图
典型的热核聚变 恒星内部
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2.5.1.1 核聚变过程
ITER装置是由包括中国在内的多个国家共同建造。是人 类受控核聚变研究的关键一步。
从“孝”到“廉”巴塘用弦子文化厚植廉洁文化根基
“廉洁的扣子到底该怎么扣？通过李正武先生的廉洁故事，我们找到了答案。
那就是不忘初心、甘于奉献、勇于担当、廉洁奉公！”近日，核工业西南物理研究院纪委自编自导自演的《聚变之光——中国受控核聚变奠基人李正武院士廉洁家风故事》情景剧上演宣讲。
西物院是中国核聚变的发源地，具有近60年建院史，见证了中国聚变从无到有、由弱到强、在世界上该领域跟跑并跑到局部领跑的发展历程。
院纪委坚持将深挖聚变红色基因、传承科学家精神与新时代廉洁文化建设系统耦合，让党领导下的核聚变事业红色资源“活起来”“响起来”“亮起来”，大力弘扬李正武夫妇与钱学森等一批科学家同船回国后，致力于中国核聚变研发的科学家精神，高效推动院首座受控核聚变实验装置旧址、院聚变研究基地获评2023年全国科学家精神教育基地。
通过在中国核聚变博物馆专题开设“清廉家风展台”，以珍贵实物、影像、话剧等多种形式讲述了李正武、王承书、丁厚昌等老一辈核聚变科学家代表的红色风骨、廉洁故事及家风家教，回顾老一辈聚变人筚路蓝缕创业维艰、白手起家科研攻坚的生动故事，深入挖掘红色资源培根铸魂，教育引导广大党员干部不断增强传承红色基因、担当聚变重任的历史自觉和历史主动，以润物无声的方式涵养风清气正、干事创业的廉洁文化氛围。
展出以来，吸引了众多干部群众前来参观，截至目前已累计接待了600多家单位5万余人次。
据西物院纪委有关负责同志介绍，核聚变研究瞄准的是人类能源终极解决方案，追逐建成“人造太阳”可谓是当今世界性难题。
也正是因为核聚变科技创新事关“国之大者”，又是典型的前沿性、探索性、颠覆性基础科研领域，所以更需要厚植廉洁土壤、深耕廉洁氛围、涵养崇廉尚洁、润孕清风正气。
该院纪委结合核聚变科研技术特性，总结提炼并着力打造“核聚清廉阳光西物”廉洁文化品牌，开展了讲廉、话廉、读廉、绘廉、倡廉等内容丰富、形式多样的系列活动，筑牢党员干部的清正廉洁思想根基，持续提升廉洁文化品牌传播的辐射力和影响力，为核聚变事业行稳致远保驾护航。
高中化学我国核聚变堆材料研究获重要进展
我国核聚变堆材料研究获重要进展研制出基于功能梯度材料的六种第一壁候选材料，其中五种国际上未见报道本报记者温新红记者日前从北京科技大学获悉，与本世纪最受关注的科学项目——国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划相关的热核聚变堆实验装置中面向高温等离子体的第一壁材料研究取得重要进展，该校材料学院教授、中科院院士葛昌纯领导课题组经10年努力研制出6个体系的基于功能梯度材料（Functionally Graded Materials, 简称 FGM）的第一壁候选材料，目前此项研究在国际上处于领先水平。
聚焦受控热核聚变第一壁材料2006年11月21日，科技部部长徐冠华代表中国政府签署了ITER计划的联合实验协定及相关文件。
一直主张中国加入ITER的葛昌纯认为，中国此次加入ITER，分担了一部分研究项目，但接下来的工作还有很多，国内相关领域的科学家应该提早研究，争取尽早建立起示范聚变堆和商用聚变堆。
葛昌纯是研究先进材料的专家，他说，从工程角度看，相关的核聚变材料已成为制约核聚变能走向实用的关键之一，非常重要的一类是面向等离子体应用的材料，尤其是处于高热负荷下的偏滤器部件。
据介绍，单一材料或涂层材料已不能满足前沿科研领域发展的需求，例如用于航天飞行器上、需要承受1000摄氏度以上高温度落差的材料。
但通常的涂层材料，如金属表面的陶瓷涂层，由于陶瓷和金属的膨胀系数相差很大，反复多次就会开裂。
同样，核聚变装置也需要耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的新材料。
葛昌纯说，核聚变装置的真空室相当于一个装入高温等离子体的炉子，最受考验的是直接面向高温等离子体的内壁，即第一壁材料。
氘氚聚变反应产生大量的高能中子和?琢粒子、电磁辐射，它们和等离子体离子、快原子和其他从等离子体逃逸出的粒子（氘、氚和杂质）以及高达1MW/m2的热负荷、脉冲运行状态和高交变热应力一起，强烈地作用于第一壁。
人类到目前为止还没有遇到过工作环境这么复杂的材料。
另一种材料是在等离子体出口处的偏滤器材料，这里的热流密度更高，达到6~10MW/m2，在不正常条件下甚至高达 20~100MW/m2。