1 核聚变概述
核聚变 课件
二、受控热核反应 1．热核反应的优点(与裂变相比) (1)产生的能量大； (2)反应后生成的放射性物质易处理； (3)热核反应的燃料在地球上储量丰富． 2．实现核聚变的难点 地球上没有任何容器能够经受如此高的温度．为 解决这个难题，科学家设想了两种方案，即磁约束和 惯性约束．
C． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的大
D． 411H→42He＋20－1e 反应之所以释放出能量，是因为H核子
的平均质量较He的小 解析：太阳能是由太阳内部核聚变反应产生的，反应中释放
出能量是因为H核子的平均质量较He的大，故A、C正确． 答案：AC
注：使轻核反生聚变，必须使它们的距离十分接近，达 到10－15 m的近距离．由于原子核都是带正电的，要使它们接 近到这种程度，必须克服巨大的库仑斥力．这就要使原子核 具有很大的动能．用什么办法能使大量原子核获得足够的动 能来产生聚变呢？有一种办法就是给它们加以很高的温 度．当物体达到几百万摄氏度的高温时，剧烈的热运动使得 一部分原子核具有足够的动能，可以克服相互间的库仑斥力， 在碰撞时发生聚变．因此，聚变反应又叫热核反应．
法二：先查出氘核和氦核的比结合能 ED＝1.11 MeV，EHe＝7.07 MeV 然后采用“先拆散，后结合”的方法，即先把2个氘核 分解成4个自由核子(2个中子和2个质子)，再使这4个自由核 子结合成氦核，比较前后两个过程中释放的结合能，同样可 得出结果． 由于氘核的平均结合能为ED＝1.11 MeV，所以将2个氘 核分解成4个自由核子需提供的能量为： E1＝4×1.11 MeV＝4.44 MeV 氦核的平均结合能为EHe＝7.07 MeV，所以将4个自由核 子结合成氦核时释放出的能量为： E2＝4×7.07 MeV＝28.28 MeV 则两个氘核发生聚变生成一个氦核时，放出的核能为： ΔE＝E2－E1＝28.28 MeV－4.44 MeV＝23.84 MeV. 答案：23.84 MeV
核聚变
等离子体受磁约束
等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质 由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕 它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度，外层电 子摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，这个过 程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带 负电的电子组成的、一团均匀的浆糊，因此人们戏称它为“离
第二： (2020—2040 年)以建设、运行聚变工程实验堆，开展 稳态、高效、安全聚变堆科学研究为中期目标。 第三：(2050—2060 年)以发展聚变电站，探索聚变商用电站
的工程、安全、经济性为长远目标。
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子浆”，这些离子浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中
性的，所以就叫等离子体。
普通气体与等离子体的对比
托卡马克，是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器。
托卡马克是一种将磁力线弯曲为环形的磁约束装置，最初是 在上世纪70年代由苏联科学家发明。该装置由中央环形的真空室 及外绕线圈组成。 它的名字 Tokamak来源于环形(toroidal)、真 空室(kamera)、磁(magnit）、线圈(kotushka)。
其中， 中子携带14.1MeV 能量。 在1 吨海水中氘约含40 克、锂约0.15 克，中子照射锂-6 可 造氚。
1）原料来源广泛 2）轻核反应无放射性 3）对环境无污染
4）聚变释放能量高
5）成本低 6）安全可靠 7）人工可控聚变
因此,可控聚变能的利用被认为是最终解决人类能源问题的有
效手段之一。
其基本思想是：利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料
(氘、氚)形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来 不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度
理解核聚变的基本原理和可行性
理解核聚变的基本原理和可行性核聚变是一种在太阳和恒星中发生的能量释放方式，也是人类一直追求的清洁、高效、可持续能源的梦想。
理解核聚变的基本原理和可行性对于探索未来能源的发展和利用具有重要意义。
一、基本原理核聚变是指将两个轻元素的原子核融合成一个更重的原子核释放出能量。
这需要克服原子核之间的库仑斥力，即带正电的原子核之间相互排斥的力。
要实现核聚变，需要提供足够的温度和压力，使原子核能够克服库仑斥力靠近到足够接近的距离，进而发生核反应。
二、可行性目前，人类主要关注的核聚变方法是利用重氢同位素氘和氚的聚变反应。
相比于核裂变，核聚变具有更多的优势，例如资源丰富、产生的废料少、不产生放射性物质等。
虽然核聚变的实现还面临许多挑战，但科学家们正不断寻求解决问题的方法，并取得了一些重要的进展。
1. 磁约束聚变（磁封闭聚变）磁约束聚变是通过利用强大的磁场将等离子体约束在环形容器中进行，使等离子体稳定地存在并保持高温高密度，从而实现核聚变反应。
国际上最有代表性的磁约束聚变实验装置是ITER项目，该项目旨在证明聚变在技术上的可行性。
2. 激光惯性约束聚变激光惯性约束聚变采用激光束聚焦到高温高密度的靶点上，产生极短时间内的超高温高压条件，从而使得核聚变反应发生。
这种方法在实验阶段已经取得了一些成功，但要实现经济可行的商业运作仍面临挑战。
三、关键技术挑战要实现核聚变的可控和经济利用，仍需要攻克一些关键的技术挑战。
1. 等离子体的长时间稳定性在核聚变反应中，需要保持等离子体在高温高密度环境下的长时间稳定，这对于反应持续性和能量输出至关重要。
科学家们正在研究和开发新的等离子体控制方法，以实现稳定的等离子体状态。
2. 材料与辐射损耗高温、高能粒子的辐射和等离子体与壁面之间的相互作用会对材料造成损伤，这对于反应堆的长期运行产生不利影响。
材料的选择和设计是解决这一问题的关键所在。
3. 能量输出与热管理核聚变释放的巨大能量需要有效的收集和转换成电能或其他形式的能量。
核聚变技术的研究现状与未来发展趋势分析
核聚变技术的研究现状与未来发展趋势分析1. 引言核聚变技术是一种高科技领域的研究方向，可以为人类提供非常可靠的清洁能源。
然而，该技术的实现并不容易。
近几年来，科学家们纷纷加入核聚变技术的研究中，试图使它成为越来越成熟的能源来源，本文将对核聚变技术的研究现状进行分析，并探讨未来发展趋势。
2. 核聚变技术的概述核聚变技术是指利用高温和高压的条件下，将重氢原子核融合成氦原子核，同时释放大量的能量。
该技术的实现需要克服两个关键难题：一是如何让氢原子核在高温高压下互相靠近，二是如何获得净输出的能量。
目前，科学家们主要采用了磁约束、惯性约束等技术，探索使核聚变在实验室和实际应用中成为可能的方法。
3. 核聚变技术的研究现状目前，世界各国的科学家都在积极研究核聚变技术的相关方向。
一些典型的项目有：3.1 国际热核聚变实验堆（ITER）目前，全球最大、最为重要的核聚变研究项目是国际热核聚变实验堆（ITER）计划。
ITER计划是联合国27个成员国共同开展的科技项目，旨在进一步探索聚变反应驱动能量生产的可行性。
该项目计划建造一个具有科研探索和工程应用双重目标的聚变实验堆，在实验中验证聚变反应的可行性，并研究核聚变产生的科学问题。
该项目的建设已经启动，预计到2025年建成并投入实验。
3.2 中国聚变工程试验堆（CFETR）中国也在研究和建设核聚变实验堆。
目前，中国聚变工程试验堆（CFETR）被认为是中国核聚变研究的重要平台。
该项目拟将选址在四川成都附近，计划投资高达3000亿元人民币。
一旦建成，该实验堆将成为世界上最大的聚变实验堆。
4. 核聚变技术的未来发展趋势随着科技的不断发展，核聚变技术的未来发展趋势如下：4.1 技术的提高：从当前的实验室研究到未来的实际应用，核聚变技术面临诸多难题。
在技术的持续提升和优化过程中，核聚变谷（burning plasma）的实现、自持聚变、中等规模聚变装置、石墨包层材料技术、低成本先导材料、稳态磁约束、超导技术和先进控制系统等都将成为重点。
核聚变比核裂变更复杂的原因-概述说明以及解释
核聚变比核裂变更复杂的原因-概述说明以及解释1.引言1.1 概述核聚变和核裂变是两种核能反应过程，它们在能量释放和利用方面有着重要作用。
核聚变是指将两个轻核合并成一个更重的核，释放出巨大能量的过程。
而核裂变则是指将一个较重的核分裂成两个较轻的核，同样也会释放出大量能量。
在核能发展的过程中，人们对于核聚变和核裂变的研究有着深入的了解。
然而，我们也发现，核聚变比核裂变更复杂。
这一复杂性涉及到多个因素和过程。
首先，核聚变涉及的核反应过程更加复杂。
核聚变需要克服两个重正电荷之间的相互排斥力，这需要在相当高的温度和压力条件下才能实现。
而核裂变只需要克服一个核的结合能，相对来说较为容易实现。
因此，核聚变的实现难度更高。
其次，核聚变还需要更高的温度和压力条件。
由于核聚变反应是靠两个轻核碰撞进行的，而轻核之间的排斥力较大，因此需要高温和高压来克服这种排斥力，使核反应能够进行。
相比之下，核裂变只需要适当的中子轰击就能够实现，所需条件相对较低。
此外，核聚变反应过程中涉及到的中子生成和控制也更为复杂。
由于核聚变释放出的能量很高，产生的中子也很多，而中子的高速运动对于控制和捕获都提出了更高的要求。
相反，核裂变释放出的中子相对较少，控制起来相对容易。
综上所述，核聚变比核裂变更复杂的原因主要包括核反应过程的复杂性、所需条件的严苛性以及中子生成和控制的困难。
尽管核聚变的实现难度较大，但它具有更为广阔的应用前景和更高的能量产出。
因此，我们对于核聚变的研究和开发仍然具有重要意义，并期待未来能够实现核聚变的商业化应用。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将分为三个主要部分来阐述核聚变比核裂变更复杂的原因。
首先，将介绍核聚变和核裂变的基本原理，以便更好地理解它们之间的区别和复杂性。
其次，将重点讨论核聚变比核裂变更复杂的原因，分析其涉及的关键因素和相互作用。
最后，将总结核聚变和核裂变的区别，并解释核聚变比核裂变更复杂的具体原因。
此外，还将展望未来核能发展的可能性和挑战，以期给读者一个更全面的视角。
19.7 核聚变PPT课件
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19.7 核 聚 变
3、主要应用：氢弹 （1）原理：
首先由普通炸药引爆 原子弹，再由原子弹爆 炸产生的高温高压引发 热核爆炸。
（2）1952年11月1日，美国在太平洋上的马绍尔岛上试 爆成功了第一枚氢弹，这枚氢弹当量为1040万吨TNT，相 当于投向日本广岛那颗原子弹威力的800倍。
演示1
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19.7 核 聚 变
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19.7 核 聚 变
4、太阳是一个巨大的热核反应堆：
太阳的主要成分是氢，太阳的中心温度达1.5×107K。在 这样的高温下，氢核聚变成氦核的反应不停地进行着，不 断放出能量。
2 1
H
12
H
13
H
11
H
2 1
H
13
H
42
He 10
n
太阳每秒辐射出的能量约为3.8×1026J下，相当于1千亿
【选修3-5】
第十九章 原 子 核
轻核的聚变
19.7 核 聚 变
一、核聚变
1、聚变：两个轻核结合成质量较大的核，叫做聚变。
+
演示1
如：一个氘核和一个氚核结合成一个氦核：
2 1
H
3 1
H
4 2
He
1 0
n+17.6MeV
平均每个核子释放的能量在3 MeV以上，比裂变反 应中平均每个核子放出的能量大3～4倍。
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19.7 核 聚 变
2、聚变的条件：使原子核间的距离达到10-15m
原子核是带正电的，要使它们接近10－15 米就必须需 要克服极大的库仑斥力，这就ห้องสมุดไป่ตู้求核具有足够的动能， 在碰撞时发生聚变。而要使核具有足够大的动能，有一 种方法就是给核加热，使其达到几百万K的高温。
核聚变原理
核聚变原理核聚变是一种能源释放的过程，它是太阳和其他恒星的主要能源来源。
在核聚变过程中，两个原子核融合在一起形成一个更重的原子核，释放出大量能量。
核聚变能够产生比核裂变更多的能量，而且产生的放射性废物也更少。
因此，核聚变被认为是清洁、可持续的能源来源，对解决能源危机和减少环境污染具有重要意义。
核聚变原理的实现需要满足一定的条件。
首先，需要高温高压的环境，以克服原子核间的静电排斥力，使得原子核能够接近到足够距离。
其次，需要高密度的等离子体，以保持核聚变反应的持续进行。
最后，需要足够长的时间来实现核聚变反应，以保证能够释放出足够的能量。
在实现核聚变反应的过程中，有两种主要的反应路径。
一种是质子-质子链反应，另一种是碳-氮-氧循环。
质子-质子链反应是在太阳内部主要的反应路径，它通过四个步骤将四个质子融合成一个氦核，并释放出能量。
而碳-氮-氧循环是在恒星内部较高温度的环境下进行的反应路径，它需要碳、氮、氧等元素作为媒介来实现核聚变反应。
除了在太阳和恒星内部发生外，人类也在努力实现人工核聚变反应。
为了在地球上实现核聚变反应，科学家们建造了大型的聚变反应堆。
这些反应堆利用高温等离子体来实现核聚变反应，以产生能源。
然而，要实现可控的核聚变反应仍然面临着诸多挑战，包括如何有效地控制等离子体、如何处理反应堆的材料损耗等问题。
尽管核聚变技术仍然面临着挑战，但是人类对于实现可控核聚变反应的努力从未停止。
许多国际合作项目致力于研究和发展核聚变技术，希望能够在未来实现核聚变能源的商业化应用。
一旦实现可控核聚变反应，将会为人类提供一种清洁、高效、可持续的能源来源，有望解决能源危机和减少环境污染。
总之，核聚变是一种重要的能源释放过程，它在太阳和恒星内部发挥着重要作用。
人类也在努力实现可控核聚变反应，以期望获得清洁、高效的能源来源。
尽管实现可控核聚变仍然面临着诸多挑战，但是人类对于这一领域的研究和探索从未停止，相信在不久的将来，核聚变能源将会为人类社会带来巨大的利益。
核聚变控制-概述说明以及解释
核聚变控制-概述说明以及解释1.引言1.1 概述核聚变是一种在高温和高压条件下将轻元素聚合成重元素的核反应过程。
与核裂变不同，核聚变是释放出巨大能量的过程，是太阳和恒星内部的主要能源来源之一。
核聚变控制是指在核聚变反应中，通过各种手段控制反应的进行，以保持恒定的反应状态并避免失控和停止的情况发生。
由于核聚变反应的特殊性质和高能量释放的特点，对于核聚变反应的控制变得尤为重要。
核聚变反应的控制主要包括两个关键方面：温度和燃料的输送。
在核聚变反应过程中，高温是确保反应发生的必要条件之一。
控制反应室内的温度，使其保持在适宜的范围内，可以促进反应的发生和稳定。
同时，燃料的输送也是保持反应进行的关键因素之一。
合理地控制燃料的输送速度和数量，可以保证反应物料的补给和产物的排除，以维持核聚变反应的持续进行。
核聚变控制的重要性不仅在于保持反应的稳定和持续，更在于安全性的考虑。
核聚变反应所释放的能量极大，一旦失控或发生事故，可能会对环境和人类造成巨大的危害。
因此，为了保障核聚变技术的安全性，必须对核聚变反应进行精细的控制。
总之，核聚变控制是保持核聚变反应稳定持续与安全的关键。
通过合理的温度和燃料输送的控制，可以确保核聚变反应的进行，为人类提供清洁、可持续的能源解决方案。
随着科技的不断进步，对核聚变控制的研究也在不断深入和拓展，为未来核聚变技术的发展提供了重要的基础。
1.2文章结构文章结构部分的内容应当介绍文章的整体框架和组织方式，向读者展示整篇文章的逻辑结构。
以下是可能的内容：本文将围绕核聚变控制展开深入探讨，主要分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分，首先会对核聚变进行概述，介绍核聚变的基本原理以及其在能源领域的重要性。
然后将详细说明本文的结构和内容以及撰写本文的目的。
正文部分将着重讨论核聚变控制的重要性。
首先会阐述核聚变的基本原理，包括控制磁场、等离子体参数和燃料供应等方面的内容。
接着将着眼于核聚变控制在实际应用中的重要作用，包括实现持续可控的等离子体状态、燃料输送和磁场稳定等方面。
核能反应和核聚变的概念
核能反应和核聚变的概念核能反应和核聚变是物理学中的重要知识点，涉及到原子核的结构和变化。
核能反应是指原子核发生变化时释放能量的过程，而核聚变是指轻核在超高温和超高压条件下融合成更重的核的过程。
1.原子核的结构：原子核由质子和中子组成，质子带正电，中子不带电。
原子核的稳定性与质子数有关，当质子数大于83时，原子核不稳定，会自发地发生衰变。
2.核能反应的类型：核能反应主要包括核裂变和核聚变两种类型。
核裂变是指重核分裂成两个或多个轻核的过程，释放出大量能量。
核聚变是指两个轻核融合成一个更重的核的过程，也会释放出大量能量。
3.核裂变：核裂变是重核分裂成两个或多个轻核的过程。
在核裂变过程中，重核吸收一个中子后变得不稳定，进一步分裂成两个轻核，同时释放出两个中子和其他粒子，如电子、质子等。
核裂变的例子包括铀-235和钚-239的裂变。
4.核聚变：核聚变是指两个轻核融合成一个更重的核的过程。
在核聚变过程中，轻核在超高温和超高压条件下发生碰撞，克服库仑壁垒后融合成一个更重的核，同时释放出大量能量。
核聚变的例子包括太阳中的氢核聚变和氢弹爆炸中的氘-氚聚变。
5.核能的利用：核能反应可以用于产生电力。
核电站利用核裂变反应产生的热能来驱动蒸汽轮机发电。
核能反应还可以用于制造核武器，如原子弹和氢弹。
6.核聚变的挑战：虽然核聚变能释放出巨大的能量，但目前实现核聚变的过程还面临许多技术挑战。
核聚变需要超高温和超高压条件，目前人类还没有找到一种经济可行的方式来产生这样的条件。
此外，核聚变过程中可能会产生放射性物质，需要解决核废料处理的问题。
7.核能反应和核聚变的应用：核能反应和核聚变在科学研究、能源生产和军事领域都有重要应用。
在科学研究中，核反应可以用于研究原子核结构和基本粒子物理学。
在能源生产中，核能反应可以用于核电站发电。
在军事领域，核能反应可以用于制造核武器。
以上就是关于核能反应和核聚变的概念的详细介绍，希望对您有所帮助。
核聚变能源：无限能源的梦
核聚变能源：无限能源的梦核聚变是一项对人类来说具有极高科学意义和经济价值的能源技术。
它是从太阳中获取能量的自然反应过程，也被称为“太阳能在地球上的复制”。
核聚变能源凭借其潜在的巨大能量储备和清洁环保的特点，成为追求无限能源的梦想。
1. 核聚变的基本原理核聚变是通过将轻核粒子（通常是氘和氚）加热至极高温度下，使核粒子克服库仑斥力而发生融合的过程。
这一过程中会释放出巨大的能量，且产生大量的氘、氚等二氢元素。
与核裂变不同，核聚变不产生中子泄漏和大量放射性废物，具有较高安全性，可控性和环境友好性。
2. 核聚变能源的优势2.1 无穷尽的能量供应核聚变是追求无限能源的理想选择。
据研究表明，一升水等于约16000升汽油在燃烧后所释放的能量，相比之下，同样体积核燃料释放的能量是油气能源释放能量的数百万倍。
而且，氢作为最轻最丰富的元素，在地球上可潜在获取到的丰富储量为人类提供了近乎无限的潜在能源。
2.2 高安全性和环境友好相较于传统化石燃料和核裂变技术，核聚变具有更高安全性和环境友好性。
首先，在实验室条件下进行核聚变反应时需要极高温度和压力才能维持反应，一旦实验条件不符合要求，反应便会立即停止，避免了失控反应带来的潜在危险。
其次，在核聚变过程中不产生高放射性废物和长寿命放射性物质，有效解决了放射性废物处理问题，降低对环境和人类健康造成的风险。
2.3 建设快速且成本效益高相较于目前商业上使用的核裂变技术，核聚变技术处于早期研究阶段。
然而，随着技术进步和经济学上规模效应逐渐显现，预计未来几十年内核聚变技术将逐渐商业化。
与此同时，随着相关设备、材料以及工艺技术逐渐成熟和完善，建设困难度将大大降低，并且投资回报逐渐增加。
因此，在长远考虑下核聚变技术显得非常有前景。
3. 核聚变面临的挑战除了巨大优势外，核聚变技术仍然面临一系列挑战：3.1 高温高压控制要实现稳定可控的核聚变反应，在实验或工业应用中需要维持极高温度和压力环境。
什么是核聚变和核裂变
什么是核聚变和核裂变知识点：核聚变和核裂变核聚变和核裂变是两种重要的核反应过程，它们在原子核层面上发生，涉及到核子的重新组合和能量的释放。
1.核聚变：核聚变是指两个轻核结合成一个更重的核的过程。
在这个过程中，轻核中的质子通过核力相互吸引，克服库仑排斥力，最终融合在一起。
核聚变过程中，由于质量数的增加，会有一定的质量亏损，根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2，质量亏损会转化为大量的能量。
核聚变主要发生在太阳和其他恒星内部，是恒星发光和发热的主要机制。
2.核裂变：核裂变是指一个重核分裂成两个或多个较轻的核的过程。
在这个过程中，重核吸收一个中子后，会变得不稳定，进一步分裂成两个中等质量的核，同时释放出更多的中子和大量的能量。
核裂变是现代核电站和核武器的主要原理。
核裂变过程中释放的能量主要来自于质量亏损，同样根据爱因斯坦的质能方程，这些亏损的质量转化为能量。
3.核聚变和核裂变的区别：•反应类型：核聚变是轻核结合成重核，而核裂变是重核分裂成轻核。
•能量释放：核聚变释放的能量远大于核裂变，但核聚变需要极高的温度和压力才能实现自持的核聚变反应。
•控制难度：核裂变反应可以通过控制中子的吸收和反应速率来控制，而核聚变反应目前还无法实现有效的控制。
•应用领域：核聚变主要应用于恒星内部，而核裂变广泛应用于核电站和核武器。
4.核聚变和核裂变的应用：•核聚变：太阳和其他恒星通过核聚变产生能量，为宇宙中的生命提供了光和热。
•核裂变：核裂变反应产生的能量被广泛应用于地球上的核电站，为人类提供了大量的电力。
核聚变和核裂变是两种重要的核反应过程，它们在原子核层面上发生，涉及到核子的重新组合和能量的释放。
核聚变是轻核结合成重核的过程，主要发生在太阳和其他恒星内部；核裂变是重核分裂成轻核的过程，广泛应用于核电站和核武器。
虽然核聚变释放的能量远大于核裂变，但目前核聚变还无法实现有效的控制。
习题及方法：1.习题：核聚变和核裂变的主要区别是什么？解题方法：回顾核聚变和核裂变的定义，比较两者的反应类型、能量释放、控制难度和应用领域，总结出主要的区别。
简述核聚变的原理及应用前景
简述核聚变的原理及应用前景龚炜（1143022064）摘要：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。
释放的这些能量中很少的一部分用来维持聚变反应的继续进行，剩余的大部分能量将以热能的形式释放。
我们研究核聚变反应很大程度上就是为了利用这剩余的能量。
这些能量可以用于发电作动力源等。
关键词：核聚变原理应用危害引言：人类社会进入高数发展的21世纪，对能源的需求将进一步增加。
因为人类社会的发展是建立在能源消耗的基础上的，和能源技术的进步分不开，人类依赖能源而生存。
据有关部门统计，人类从公元1年到公元1850年期间总共消耗7.4Q；从1850-1950年期间能量消耗为9Q；从1950-2000年期间能量消耗为11Q；预计2000-2050年将耗能61Q。
面对日益加剧的能源消耗，而且常用的石油、天然气、煤炭等能源有限且对环境的污染较大。
因此人类迫切需要一种储量大且对环境破坏小的能源，于是人类发现了聚变能。
从此核聚变的研究竞相出现。
正文：核聚变的原理主要原理：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核聚变微观示意图所允许的程度。
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。
反应条件：聚变反应需要高温，一个聚变反应释放出的能量很少，也是放出一些中子，这种小规模的核聚变反应还是可以借助人为的方法避开高温获得的，但如果要是大量的，就必须热核反应，使聚变反应变成一个自持的反应，就是自己维持自己的反应，就像烧火一样，煤要烧起来的话，一部分燃烧了，这部分燃烧产生的能量又影响到另外一部分温度提高了，另一部分又燃烧了，能量越多，煤燃起来的就越来越旺。
核聚变_1-课件
课堂练习
• 介子衰变方程为：K-→π-+πo其中介子和π-介 子带负的基元电荷，πo介子不带电，如图所 示，一个介子沿垂直于磁场的方向射入匀强
磁场中，其轨迹为圆弧Ap，衰变后产生的π-
介子的轨迹为圆弧pB,两轨迹在p点相切，它
们半径Rk-与Rπ-之比为2：1（πo介子的轨迹 未画出）由此可知π-的动量大小与πo的动量 大小年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。
宇宙大爆炸后，“粒子家族”（宇宙形成之初）：
• 10-44秒后，温度1032K，产生夸克、轻子、胶子等 →
• 10-6秒后温度1013K，夸克构成了质子和中子等 （强子时代）→
• 温度为1011K时，少量夸克，光子、大量中微子和 电子存在（轻子时代）→
1995美国费米国家加速器实验室 证实了顶夸克(Top Quark)的存在
2．发现新粒子
20世纪30年代以来，人们对宇宙线的研究中发 现了一些新的粒子。
• （1）1932年发现正电子；1937年发现μ子； 1947年发现K介子与π介子，后来又发现了 超子
• （2）实验中发现了许多反粒子，现在发现 的粒子多达400多种。
3．夸克模型
• 1964年提出夸克模
型，认为强子由更
基本的成分组成，
这种成分叫做夸克
（quark）。夸克
模型经过几十年的
发展，已被多数物 理学家接受。
盖 尔 曼
• （1）上夸克、下夸克、奇异夸克、粲夸克、 底夸克、顶夸克。
• （2）夸克带电荷为元电荷的2/3或-1/3倍
• 科学家们还未捕捉到自由的夸克。夸克不能 以自由的状态单个出现，这种性质称为夸克 的“禁闭”。
什么是反粒子？
• 许多粒子都存在着质量与它相同而电荷及 其他一些物理性质相反的粒子，叫做反粒 子。
核聚变的原理
核聚变的原理
核聚变是一种在极高温度和压力下，两个轻核聚变成一个更重的核的过程。
这
一过程释放出大量能量，是太阳和恒星能量的主要来源，也是人类在寻求清洁、高效能源的过程中一直在努力研究的领域。
核聚变的原理可以用以下几个步骤来描述，首先，两个轻核（通常是氘和氚）
在高温高压下发生碰撞，然后发生核融合，生成一个更重的核（通常是氦）。
在这个过程中，质量会有微小的损失，这部分质量转化为能量，根据爱因斯坦的质能方程E=mc^2，这些微小的质量损失会释放出巨大的能量。
核聚变的原理涉及到等离子体物理、核物理、热力学等多个领域的知识。
在实
际应用中，科学家们通过控制等离子体的温度、密度和时间来实现核聚变反应，这需要高科技设备的支持，如等离子体物理实验装置、超导磁体等。
核聚变的原理具有很高的能量密度，每克燃料释放的能量是化石燃料的数百万倍，而且核聚变反应的燃料氢和氦都是非常丰富的，不会产生二氧化碳等温室气体，因此被认为是一种清洁的能源形式。
此外，核聚变反应的产物不会产生长寿命的放射性废物，相比核裂变，核聚变的安全性更高。
然而，要实现可控的核聚变反应仍然面临着诸多挑战。
目前，科学家们正在积
极探索如何在地球上实现可控的核聚变反应，并将其应用于能源生产。
国际热核聚变实验堆（ITER）是目前最大的核聚变研究项目，旨在证明核聚变技术的可行性
并为未来的商业核聚变电站奠定基础。
总的来说，核聚变的原理是一个复杂而又充满希望的领域。
通过不懈的努力和
持续的研究，相信人类一定能够掌握核聚变技术，实现清洁、高效的能源生产，为人类社会的可持续发展做出贡献。
核反应 原理
核反应原理我们来介绍一下核聚变。
核聚变是指两个轻核合并成一个更重的核的过程。
核聚变在太阳和恒星中是主要的能量来源。
在核聚变反应中，轻核之间的排斥力被克服，使得原子核能够靠近并融合成更重的核。
这个过程释放出大量的能量，同时产生新的元素。
核聚变反应的能量密度非常高，因此被认为是未来清洁能源的希望之一。
接下来，我们来介绍一下核裂变。
核裂变是指重核分裂成两个或更多轻核的过程。
核裂变是核能的一种重要形式，也是目前核能发电的主要方式。
在核裂变反应中，重核被撞击或吸收中子后发生不稳定，进而分裂成两个或多个轻核。
这个过程同样释放出大量的能量，并且产生新的中子，可以维持连锁反应的进行。
核裂变反应的能量释放量相对较小，但是可以通过控制反应速率来稳定地产生能量。
核反应的发生需要满足一定的条件。
首先，核反应需要有足够高的能量来克服核间的排斥力，使得核能够靠近并发生相互作用。
其次，核反应需要有足够的中子作为催化剂，激发或促进核反应的发生。
最后，核反应需要满足能量和动量守恒的原则，确保反应前后的总能量和总动量守恒。
核反应的应用非常广泛。
在能源领域，核反应可以用于核电站的发电，提供清洁、高效的能源供应。
在医学领域，核反应可以用于放射性同位素的制备和核医学的诊断治疗。
在工业领域，核反应可以用于材料改性和同位素标记等应用。
此外，核反应还可以用于核武器的制造，具有破坏性和威慑力。
总结一下，核反应是指原子核之间发生的变化，包括核聚变和核裂变两种形式。
核聚变是两个轻核合并成一个更重的核的过程，产生大量能量和新的元素。
核裂变是重核分裂成两个或更多轻核的过程，同样释放出大量能量并产生新的中子。
核反应的发生需要满足一定的条件，应用广泛，对于能源开发和核物理研究具有重要意义。
希望通过对核反应原理的了解，可以增加对核能的认识和理解。
核聚变的基本原理
核聚变的基本原理
核聚变是指将轻核聚合成重核的过程。
它的基本原理是高能粒子在核内碰撞，使得核内的质子和中子重新排列，形成一个新的核。
这里的高能粒子指的是一些带有能量的粒子，例如，比较常见的有氢原子的质子和氦原子的α粒子。
当这些高能粒子碰撞到轻核上时，它们会将核内的质子和中子重新排列形成新的核。
聚变反应的条件是需要高温、高密度和长时间的维持。
在这个过程中，需要的能量来源于核反应本身产生的能量，这就使得这种反应形成了一个连锁反应的过程。
在这整个过程中，被聚变的轻核要比所产生的重核要轻，而且聚变反应所产生的能量密度很高，可以用来产生动力或者是直接产生电能。
目前，核聚变技术还没有被完全开发出来。
不过，根据我们对核聚变反应的理解，科学家们正在积极地研发出可行的核聚变反应堆。
这将大大地改善我们使用能源的方式，减少对环境的影响，真正实现能源的清洁化。
核聚变的概念
核聚变的概念
核聚变，又称核融合、热核反应，是一种核反应的形式，是指由质量小的原子，主要是指氘，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。
这是一种核反应的形式。
如需获取更多关于核聚变概念的信息，建议咨询物理专家或查阅相关文献资料。
核聚变反应的物理原理与应用
核聚变反应的物理原理与应用核聚变是一种自然界中极其常见的现象，其物理原理基于核物理学中的知识。
核聚变是指在高温和高压条件下，两个较轻的原子核的相互碰撞，将它们的质量结合起来形成一个较重的原子核，并释放出能量的过程。
在自然界中，这是太阳和其他恒星如何产生巨大能量的基本原理。
对于现代人类而言，核聚变技术在能源领域的应用被视为一项潜在的能源解决方案。
物理原理核聚变的重要性在于它所释放出的大量能量。
在聚变过程中，原子核中的质子和中子会通过原子核的强核力相互结合，形成一个更大的原子核。
核聚变反应所释放的能量源于组成原子核的质子和中子失去自由，形成较重的核子时放出的巨大的内部能量。
当原子核碰撞时，有可能出现三种反应概率：1.弹性散射，其中两个原子核在碰撞后保持它们原始的速度方向和动能。
2.反应散射，其中两个原子核在碰撞之间相互约束，但不会形成一个较重的原子核。
3.核聚变反应，当两个原子核在碰撞时，它们的质子和中子的相互作用结合起来形成一个较大的原子核。
在这种反应中，反应物原子核中的质子和中子的碰撞必须具有足够高的能量才能克服核中的静电排斥力。
只有超过一定的触发能量才可能发生核聚变反应。
这种触发能量称为聚变起始能量。
应用核聚变技术被视为解决未来世界日益增加的能源需求的完美解决方案之一。
核聚变反应释放的能量是其他能源形式（如煤、石油等）的能量释放量的几百万倍。
另外，核聚变反应中所使用的燃料是普遍存在的氢和氦，这意味着燃料供应是无穷尽的，而且不会像传统的石油、煤炭和天然气一样受到限制。
此外，核聚变反应的能源产生的过程环境相对较为安全，不会产生明显的地球温室效应或其他环境问题。
而且，核聚变反应的能源产品，不像核裂变反应的辐射物品产生长期的放射性恶果，并且燃料再加工后，延长了可用的能源利用时间。
这些特点使得核聚变反应成为未来能源问题的重要选择。
然而，尽管核聚变反应被认为是未来的能源解决方案之一，但将其变成一个可实现的技术仍然面临许多技术上的挑战。
什么是核聚变？
什么是核聚变？
所谓核聚变是指较轻的原子核在一定条件下结合成较重的原子核。
这种反应很难发生，因为所需的条件非常苛刻。
在正常情况下，原子核不会单独存在，而是在其周围会有电子绕行。
由于真正进行核聚变的是原子核（所谓核聚变就是这个意思），所以需要通过高温的条件来分离原子核与电子。
另一方面，原子核携带着正电荷，由于库仑力，原子核之间会互相排斥，它们很难互相结合。
为了使原子核发生聚变，就必须要有高温的环境，使原子核具有足够高的动能来克服能垒。
此外，由于原子核极小，即便它们的动能很高，它们之间互相碰撞的可能性很低。
因此，核聚变反应还需足够高的密度或者说压力，这样才能提高原子核之间发生碰撞的概率。
在满足反应条件之后，当原子核足够接近时将会发生量子隧穿效
应，从而开始核聚变反应。
由于反应后的质量小于反应前，那部分减少的质量则会转化为巨大的能量被释放出来，这就是恒星和氢弹的巨大能量来源。
不过，恒星和氢弹发生的核聚变反应有所不同。
在恒星的高温高压核心部分，氢原子核会聚变为氦原子核。
但氢弹爆炸并没有那么高的压力，只能使用更容易发生核聚变反应的氘和氚。
这两种重氢比普通氢原子多出了中子，它们的反应能垒较低，所以更容易结合成氦。
虽然人类已经实现了核聚变，但氢弹爆炸这种过程是不可控的，为了利用核聚变的巨大能量，需要使这种反应变得可控。
可控核聚变的原料也是氘和氦，聚变之后可以产生巨大的能量，并且产物氦没有放射性污染，所以这是一种十分清洁的能源。
目前，人类还在研究当中，未来可期。
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一、核聚变概述1.核聚变（磁约束）简史1)"史前时期"(1920-1942)对聚变能量的研究最早可以追溯到20世纪20年代。
在那时，物理学家英国化学家阿斯顿（Aston，1877～1945）就已经测量了氦元素的"质量损失"现象：当时，阿斯顿正在剑桥卡文迪许实验室，利用他所创制的摄谱仪从事同位素的研究。
实验中他发现，氦-4质量比组成氦的4个氢原子质量之和少约1%左右。
几乎在同一时期，卢瑟福也提出，能量足够大的轻核碰撞后，可能发生聚变反应。
早在1920年，英国天体物理学家爱丁顿（Eddington，SirArthur Stanley 1882～1944）就预言：“有一天，人类将设法把核能释放出来，为人类造福。
”1929年英国的阿特金森（de Atkinson，R.）和奥地利的奥特斯曼（Houtersman，F.G.）联合撰文，证明氢原子聚变为氦的可能性，并认为太阳上进行的就是这种轻核聚变反应。
1934年，澳大利亚物理学家奥利芬特（Oliphant，Marcus Laurence Elwin 1901～）用氘轰击氘，生成一种具有放射性的新同位素氚，第一个人工实现了D-D 核聚变反应。
1938年美国就开始进行将等离子气体约束在磁场中的试验。
1942年，美国普渡大学的施莱伯（Schreiber）和金（King）又首次实现了D-T 核反应。
二战期间，美国洛斯阿拉莫斯实验室在研制原子弹的同时，也进行了早期核聚变反应的系统研究。
二战结束后，英国与前苏联也秘密地开展了受控核聚变研究工作。
（邓稼先1948年10月到普渡大学，1950年8月15日提交博士论文，8月20日答辩，8月29日回国。
邓稼先博士论文所有内容共48页）然而，实现这一目标却困难重重。
仅以D-D反应为例，氘核带正电，发生聚变反应必须克服库仑斥力，使两核接近到核子间距离，必须具备10keV以上的能量。
如果用加速器加速氘核，再使其轰击含氘的固体靶，加速氘核的绝大部分能量将损失在与电子碰撞的散射之中。
还有人提出用两束高能氘核对撞实现聚变。
这种想法很快被证明是行不通的，因为氘核在束中的平均自由程很大，两束氘核几乎是完全透明的。
要使氚束有足够的碰撞，氘核束的密度必须很高，然而密度极高的氘核束很难获得，即使成功地制备了这种高密度氘核束，在氘核的互撞中，不可避免的多次库仑散射，将使偏转角很快地累计达到90°，而使氘核偏转离开原有的束流散失殆尽。
在这种情况下，人们很自然地想到了无规则的热运动。
如果设法将一团氘核约束在一起，并加热使其到达足够的温度，核间频繁地碰撞，可望有核聚变发生。
2)先行者的时代(1946-1958)1952年，美国用原子弹爆炸的方法产生高温，第一次实现了大量氘、氚材料的核聚变。
但这种方法的效果是，在极短时间内使核聚变释放出巨大能量，产生强烈爆炸，即氢弹爆炸。
人类要和平利用核聚变，必须是可以受人工控制的核聚变---人工受控核聚变。
核聚变反应比较切实可行的控制办法是，通过控制核聚变燃料的加入速度及每一次的加入量，使核聚变反应按一定的规模连续或有节奏地进行。
因此，核聚变装置中的气体密度要很低，只能相当于常温常压下气体密度的几万分之一。
另外，对能量的约束要有足够长的时间。
二战末期，前苏联和美、英各国曾出于军事上的考虑，一直在互相保密的情况下开展对核聚变的研究。
几千万、几亿摄氏度高温的聚变物质装在什么容器里一直是困扰人们的难题，但不约而同都想到了利用磁场，尝试各种磁场约束形式。
二战结束后，爆发了核研究的国际性浪潮。
1946年，发生一个著名的事件：伦敦大学的Thomson和Blackman申请了一个聚变反应堆的专利。
尽管他们发明的设施总体上说过于乐观，但已经提出了一个环型真空室，以及由射频波产生的电流，而这正是现代的托卡马克装置的两个重要基石。
（上图，1946年Thomson和Blackman申请的"反应堆"专利）右图，1946年，Thoneman所的磁约束装置。
装置由金属和玻璃制成的圆环, 在牛津大学的Clarendon实验室50年代，冷战期间，聚变被视为最高机密。
美国，俄国和英国加强了他们在这方面的研究，法国，德国和日本在1955年稍晚的时候也加入了进来。
3)首次国际合作(1958-1968)经过了二十多年的努力，远未达到当初的乐观期望，理论上估计的等离子体约束时间与实验结果相差甚远。
人们开始认识到核聚变问题的复杂和研究的艰难。
在这种情况下，苏、美等国感到保密不利于研究的进展，只有开展国际学术交流，才能推进核聚变的深入研究。
另外，磁约束核聚变与热核武器在科学技术上没有重大的重叠，而且其商业应用的竞争为时尚早。
1958年是受控核聚变历史上的一个重要转折点，这一年在日内瓦召开了"和平利用原子能"会议，会议上揭开了秘密研究的面纱,各个国家报告了他们所工作的磁场位形：环型脉冲，仿星器，磁镜，Z和 箍束。
此时，研究工作为磁约束装奠定了基础，如同前苏联物理学家Artsimovitch（阿奇莫维奇）在会议闭幕时的致词："我们在这里，目睹着解决聚变反应堆所需的技术基础的曙光出现"。
物理学家们同时也意识到由于等离子体不稳定性，磁场约束损失等等，掌握核聚变技术成为一件很困难的事情。
物理学家E. Teller说："我想(受控核聚变)也许能做到，但我不认为在这个世纪它会有实际的重要性"。
自这次会议后，研究重点转向高温等离子体的基础问题。
4)托卡马克时代(1968－)早在50年代初，前苏联著名物理学家塔姆（Tamm，IgorYavgenyevich 1895～1971）就曾提出用环形强磁场约束高温等离子体的设想。
他认为，把强电流产生的极向磁场与环形磁场相结合，可望实现高温等离子体的磁约束。
受到这一思想的启发，莫斯科库尔恰托夫研究所的前苏联物理学家阿奇莫维奇（Artisimovich，Lev Andreevich 1909～1973）开始了这一装置的研究。
1954年，第一个托卡马克装置在前苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。
他们在环形陶瓷真空室外套有多匝线圈，利用电容器放电，使真空室形成环形磁场。
与此同时，用变压器放电，使等离子体电流产生极向磁场。
后来，利用不锈钢真空室代替陶瓷真空室，又改进了线圈的工艺，增加了匝数，改进了磁场位形，最后成功地建成了托卡马克装置。
托卡马克这一名称由阿奇莫维奇命名。
托卡马克（TOKAMAK），在俄语中是由“环形”、“真空室”、“磁”、“线圈”几个词缩写组成（环形(to roidal)、真空室(ka mera)、磁(ma gnit)、线圈(k otushka)）。
（上图，莫斯科Kurchatov研究所的T1 Tokamak 装置）1968年，Kurchatov（库尔恰托夫）研究所的科学家发布了托卡马克（T1）的实验结果，其结果远超其它装置的参数指标。
1969年一个英国小组前往莫斯科，测量了T3托卡马克装置的温度，确定了他们的成果。
此时冷战正酣，这一里程碑式的事件开启了其他国家的托卡马克时代。
他们纷纷将自己实验室的磁约束装置转换为磁约束装置。
（例如：美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的ST Tokamak，美国橡树岭国家实验室的奥尔马克，法国冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak，英国卡拉姆实验室的克利奥（Cleo），西德马克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak）但人们很快发现，约束等离子体的磁场，虽然不怕高温，但宏观稳定性不好。
要比人们预想的困难大得多。
另外，等离子体在加热过程中能量也不断损失。
从二十世纪六十年代中到七十年代，各国先后建成了很多实验装置，核聚变研究进入了一个新的高潮期，人们逐渐了解影响磁约束及造成能量损失的各种机理，摸索出克服这种不稳定性及能量损失的对策。
在磁约束研究方向上，托卡马克类型的磁约束研究领先于其它途径，在技术上最成熟，进展也最快。
在托卡马克装置上努力提高能量增益因子，即提高输出功率与输入功率之比一直是核聚变研究的重点目标之一。
到1970年，前苏联在托卡马克装置T－3上，利用强纵场克服等离子体的宏观不稳定性，得到了高标综合参数（离子、电子温度0.8Kev，等离子体密度3X10*13/cm*3,能量约束时间20ms。
）有可以察觉到的核聚变能量输出，能量增益因子Q值为十亿分之一，消除了世界上对核聚变研究的悲观情绪。
从二十世纪七十年代末开始，美、欧、日、苏开始建造四个大型托卡马克：●美国的托卡马克聚变实验反应器TFTR（The T okamak F usion T est R eactor）；●欧洲建在英国的欧洲联合环JET（Joint European Torus）；●日本的JT（Japanese Torus）－60；●原苏联的T－20（后来因经费及技术原因改为较小的T－15,采用超导磁体，没有正常运行）。
这四个装置在磁约束聚变研究中做出了里程碑式的贡献。
其中，有的装置把能量增益因子Q值提高到0.2,比十年前增加了两亿倍。
在和平利用核聚变的不懈探索中，理论研究和实验技术上遇到了一个又一个难题，进一步开展广泛国际合作是加速实现核聚变能利用的明智选择。
5)ITER（International Torus Experiment Reactor）计划1985年，美国里根总统和前苏联戈尔巴乔夫总统，在一次首脑会议上倡议开展一个核聚变研究的国际合作计划，要求“在核聚变能方面进行最广泛的切实可行的国际合作”。
后来戈尔巴乔夫、里根和法国总统密特朗又进行了几次高层会晤，支持在国际原子能机构（I AEA）主持下，进行国际热核实验堆（I TER）概念设计和辅助研究开发方面的合作。
这是当时也是当前开展核聚变研究的最重大的国际科学和技术合作工程项目。
1987年春，IAEA总干事邀请欧共体、日本、美国和前苏联的代表在维也纳（IAEA总部所在地）开会，讨论加强核聚变研究的国际合作问题，并达成了协议，四方合作设计建造国际热核实验堆。
国际热核实验堆是一个基于托卡马克方案的项目，主要目的是实现氘－氚燃料点火并持续燃烧，最终实现氘－氚燃料的稳定燃烧；证明利用核聚变发电是安全的，也不污染环境；另外也进行核聚变工艺技术一体化实验。
当时的设定指标：环形管的大环半径8米，管的半径3米，估计将产生热功率150万千瓦、等离子体电流达2400万安培，燃烧时间可达16分钟。
当时的时间表：预计2010年建成，计划投资达80亿美元。
未来发展计划包括一座原型聚变堆，在2025年前投入运行。
如果ITER获得成功，下一个目标是建造一座示范核聚变堆，并在2040年前投入运行。
2050年以后有望开发商用核聚变堆。