核聚变反应堆研究

人类使用的大自然能源潮汐能生物能

风能太阳能水能

人类赖于生存的能源并非是取之不尽用之不

完的。进入21世纪后，依靠人类目前的技术,可

开发的能源资源已面临严重不足的危机，当今煤、

石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，据世界

能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计

15980亿吨，预计还可开采200年;探明可采石油

储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年;探

明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还

可开采60年。新能源中，太阳能虽然用之不竭，

但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，

相当长一段时间里还不可能迅速发展和广泛使用,

其它新能源也是如此，它们的规模受到环境、季

节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、

地热能等等。核能分为裂变能和聚变能两种。目

前人类已经和平利用的只有裂变能，即核电站。

裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，

而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的

核废料，这些因素限制了裂变能的发展。

秦山核电站

地球上的万物靠着太阳源源不断的能量维持自身的发展。在太阳的中心，温度高达1500万摄氏度，气压达到3000多亿个大气压，在这样的高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。

氢弹爆炸——地球上实现的不可控核聚变

核

聚

变

反

应

原

理核聚变能是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时释放的能量，产生聚变的主要燃料之一是氢的同位

素氘，氘广泛地分布在海水中。

受控核聚变就是根据这种太阳释放能量的原理，设法将氢弹爆炸瞬间完成的核聚变反应变成一个可以控制的过程，使释放的能量充分被人类利用。聚变反应的燃料是轻核，特别是氘、氚、氦3和锂，而其中的氘是天然存在的，可以从海水中提取。一公升海水里提取出的氘，在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。根据科学家的分析，如果我们未来能建成一座1000兆瓦的核聚变电站，每年只需要从海水中提取304公斤的氘就可以产生1000兆瓦的电量，照此计算，地球上仅在海水中就含有的45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年，比太阳的寿命还要长。氘-氚聚变反应不产生长寿命的强放射性核

废料，其少量放射性废料也很快失去放射性。氘-氘反应没有任何放射性。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。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（裂变）电站的事故。因此，利用氢及其同位素的聚变反应产生的能源将是一种高效清洁、安全、环境友善，取之不尽，用之不竭，可以从根本上解决人类能源需求，带给地球和人类生机的能源。

未

来聚变

电站概

念图

20世纪50年代

初期，前苏联科

学家塔姆和萨哈

罗夫，提出了实

现磁约束容器的

装置——托卡马

克装置，又称环

流器。核聚变实

现的条件苛刻,

需要：1亿度以上

的高温、长时间

的约束在有限的

空间中、足够高

的密度。聚变装

置（聚变堆）是

多种高新技术的

组合体，聚变研

究水平在一定程

度上代表了一个

国家的综合科技

水平。在此之后

，美国、英国、日本等国的大型托卡马克装置相继建成并投入使用。20世纪90年代，在欧洲、日本及美国的几个大型托卡马克装置上，聚变能研究取得了突破性进展。

1991年11月在欧洲的JET装置上首次成功地进行了D-T放电实验，1997年,JET创下了输出聚变功率16.1MW、聚变能

21.7MJ的世界最高纪录。美国的TFTR装置于1993年10月也

实现了D-T聚变反应；近几年来，日本的JT-60U装置也取得了

受控核聚变研究的最好成绩，获得了聚变反应堆级的等离子体

参数：峰值离子温度～45keV，电子温度10keV，等离子体密

度～1020m-3，聚变三乘积～1.5×1021keV·s·m-3；等效聚变功

率增益达到1.25。至此，聚变能的科学可行性基本得到论证，

已经奠定有可能考虑建造聚变能实验堆，创造研究大规模核聚

变的条件。

日本JT-60U装置

欧共体JET装置美国TFTR装置

中国环流器2号A(HL-2A)与聚变研究

1994年建成了中型托卡马克聚变实验装置－中国环流器新一号HL-1M 。2002年，又建成我国第一个具有偏滤器位形的大型托卡马克实验装置——中国环流器二号A （HL-2A ）。2003年，HL-2A 装置在国内首次实现偏滤器位形放电。之后，HL-2A 在高参数条件下连续重复开展稳定的偏滤器位形实验，在电子回旋加热实验中获得了4.93keV （约5500万度）的电子温度，在中性束加热中得到了

2.5keV 的离子温度，把我国核聚变实验研究的整体水平提升到一个新的高度。中国环流器二号A （HL-2A ）装置

我国科学家早在

上个世纪50年代中

期就开始了可控核

聚变的研究。1984

年，核工业西南物

理研究院建成了中

国最大的研究核聚

变的托卡马克装置

HL-1并在探索可控

核聚变的道路上取得了重要进展。