核聚变

国际热核实验堆ITER装置
由于核聚变研究是一项耗资 巨大、研究周期相当长的大 科学研究项目，人们开始认 识到只有开展广泛的国际合 作才是加速实现核聚变能利 用的可行之路。 2006 年 11 月21日，中国、欧盟、美国、 日本、俄罗斯、韩国、印度 在法国巴黎正式签署了《国 际热核聚变实验堆 ITER 联 合实施协定》， ITER （国 际热核聚变实验反应堆）是 规划建设中的一个为验证全 尺寸可控核聚变技术的可行 性而设计的国际托卡马克实 验堆。此项目预期将持续30 年： 10 年用于建设， 20 年 用于运行，总花费大约 100 亿美元。
核工业西南物理研究院是我国聚变能研发的重要力量，也是我 国参与国际热核聚变堆研究计划的重要技术支撑单位之一。在长达 半个世纪的核聚变科学研究中,核工业西南物理研究院实现了我国 核聚变研究由原理探索到大规模装置实验的两次跨越发展，为我国 核聚变能源开发事业做出了重要贡献。
核聚变技术的研究开发意义不 仅仅在于实现核聚变能源的商业应 用。尽管核聚变研究开发进程的道 路艰难而曲折，但在漫长的核聚变 科学研究过程中开发出的尖端技术 同时又产生出众多对产业有贡献的 革新技术. 并带动了各个尖端科技 领域的进步。
水能
人 类 使 用 的 大 自 然 能 源
风能
太阳能
潮汐能
生物能
对于裂变而言，由于存在着延迟好几秒的中子存在， 有温度不是很高，故可在现有的技术上实现人工 控制
对于聚变而言，由于存在一个必要条件：高温。一 般达到几亿度（为何要达到这么高温度），很多 技术上难以实现。（相对于裂变）
人工受控聚变虽然还是一个传说， 但是在将来这个传说必然成为现实。
• 磁约束装置有很多种，其中最有希望的可能是环流 器（环形电流器），又称托卡马克（Tokamak）
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。
D + 3He D + D
T (1.01) + p (3.02)
D－T 反应是最可能得到实际应用的反应。 D－D 反应是最终想要到达的反应。（丰富，清洁，难度大）
2、源自文库产氚反应
6Li
+ n 4He +T +4.78MeV
氚是氢的同位素，它是放射性元素，半衰 期为12.3a,在自然界很少，必须人工生产。 生产氚的方法是：在聚变堆包层中装入锂， 利用D－T反应生成的高能中子与锂反应生成 氚。
电光火球是定域于适当的磁场位形空间和 陈文锦概念约束--电光火球 速度空间的等离子体
特斯拉拿着两个电光火球正在玩杂 技
依靠不加热方法在地球实现聚变的可行性 （A-2-D）
安全能源
热核等离子条件产生困难，但破坏容 易，任何事故都能使等离子体迅速冷 却，聚变堆迅速停堆。 堆内温度高（1－2）×108K，但能量 低，小于1GJ, 事故释放能量小。 聚变堆爆炸的危险比常规核电站低。
核聚变能的研发对每个大国都是必要的，但 却是一个长期、大规模、高投入而且又是高 风险的过程。参加ITER计划，全面介入ITER 的建设和实验，可以掌握ITER 的知识和技术， 使其成为我国聚变研究的一部分，并为国家 培养一批聚变工程和科研人才，再配合聚变 反应堆材料以及聚变堆某些必要技术的研究 等，可以为我国自主开展核聚变示范电站的 研发奠定强有力的基础。
3、聚变有两条不同路径，从而通过这些途径成功实现人工控制
1. 利用非常稀薄的燃料，故而反应速度减慢，这 样就可以适当控制反应——（托卡马克装置）。
2. 使燃料达到极高的密度，比液态氢的密度高一 千倍以上，这样就可以产生类似氢弹中发生的 爆炸，不过爆炸所释放的能量还不到氢弹输出 能量的百万分之一，这个过程不断重复，就能 类似于内燃机产生动力那样输出核能。
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。
东北电力大学二东601演播室 2011年4月12日强档上映 谢谢观看 再见
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
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。
中国环流器二号A（HL-2A）装置
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。
自然界以及人工中已存在的聚变中，“克 服高温”的容器
核聚变的几种约束方式
1.太阳——引力约束聚变 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 （B-4-a）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。太阳拥有极大质量，产生一个 很强的引力场，把高温等离子体(B-4-b)约束。
可控聚变反应堆——磁约束
• 带电粒子（等离子体）在磁场中受洛伦兹力的作用 而绕着磁力线运动，因而在与磁力线垂直的方向上 就被约束住了。同时，等离子体也被电磁场加热。
• 由于目前的技术水平还不可能使磁场强度超过10T， 因而磁约束的高温等离子体必须非常稀薄。如果说 惯性约束是企图靠增大粒子密度n来达到点火条件， 那么磁约束则是靠增大约束时间τ。
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。
1、聚变反应
D + T
4He
(3.52MeV) + n (14.1MeV)
D + D

3He
4He
(0.82) + n (2.45)
(3.66) + p (14.6)
核聚变高温的原因
由于发生聚变，即以结合力做正功产生核能， 必须要使两个等离子体的核克服由于距离的拉 近产生的库仑力做功，这就要求等离子体必须 有足够的动能，才能到达使得核力能够起作用， 从而把它们结合在一起。 高温因素也是形成等离子体的因素。由于聚变 需要高温等离子体，如果采用以实物质作为容 器，不仅会被熔毁，也会使离子的能量降低， 所以采用以场的形式约束。
氢弹——惯性约束聚变
氢弹是一种人工实现的、不可控制的热核反应，也是至 今为止在地球上用人工方法大规模获取聚变能的唯一方 法，但是它必须用裂变方式来点火，因此它实质上是裂 变加聚变的混合体，总能量中裂变能和聚变能大体相等。 氢弹，从本质上讲，是利用惯性力将高温等离子体进行 动力性约束，简称惯性约束。惯性约束还有激光惯性约 束，其中一个方案：在一个直径约为400μm的小球内充 以30-100大气压的氘-氚混合气体，让强劲率激光（目前 达到1012W，争取1014W）均匀地从四面八方照射小球， 使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍， 温度达到108K而引起聚变反应。除激光惯性约束外，还 有电子束等方案，但至今还没有一个成功。
聚变中间技术的应用涉及的领域包括超 导研究、高真空、生命科学、遥控密封、 环境科学（地球模拟、电力储藏、环境气 体精密测定、磁气分离系统、氢能源利用、 微波电力输送）、密封、等离子体计量和 控制、信息通信（超高速数据处理、遥控 控制系统、大型液晶显示屏幕等）、RF 加热技术、NBI加热技术、纳米材料（等 离子束高速精细加工、高磁界中的材料开 发、高周波环境下陶瓷烧制、超高真空环 境、高性能材料的制造）等学科。