核聚变的原理

2012-05-03菩萨娘娘阅3681转15

转藏到我的图书馆

微信分享：

QQ空间QQ好友新浪微博腾讯微博推荐给朋友

一九九一年十一月九日，英国牛津郡一批欧洲核子科学家在太阳能研究方面有了革命性的突破，从此人类对能源的有效利用，出现了更乐

观的前景。

这次欧洲科学家的贡献，并非直接在太阳能方面有所发现，而是另辟途径，在实验室内仿效太阳产生热能的方式，制造出人工的类似太阳能的新能源，所用的办法名为「核聚变」。

核聚变的原理其实很简单。具有基本科学常识的人都知道，制造原子弹与氢弹，采用的是「核裂变」的办法，令氢原子不断产生连锁式的分解，在撞击的过程中释放能量，造成惊人的破坏力。而核聚变的概念则是反其道而行，把基本的氢原子聚合形成重氢，在多元的积聚过程中，产生的能量较核裂变更大，但引起的辐射作用却较核裂变小得

多。

但核聚变的过程，却必须在摄氏数百万度的高温反应炉内完成。科学家向这个内部比太阳还热的巨炉中注入氢气，氢气在高温中马上产生锐变——氢原子的电子外层马上与氢的核子分崩离析，余下的大量氢

核子由於皆带正电荷，在正常环境下，理应互相排斥；但在数百万度的高温下，则反常地产生同性相吸，互相聚合，而在聚合的过程中释

放热能。

不过在此阶段，反应炉所需的极高温，所耗的热能远超过核聚变所能制造的热量，似乎成本远远大于效益。在上周末的实验中，科学家不纯以基本的氢原子为聚变的起点，而以氢的另一同位素——超重氢注入氢气，简化聚变程序，在两秒钟内制造出两兆瓦特的能量。

但在两秒钟的时间，在核反应的过程中仍嫌太久。下一步行动，必须借助美，日两国的实力，制造体积更大的聚变反应炉，每座可投入作商业用途的聚变反应炉，成本却高达五十亿美元，建成后一小时内可

产生一千兆瓦特能源。

而超重氢在聚变作用后成为核废料，会产生多大的辐射作用？科学家在日后拆出牛津的反应炉内壁核验时便可知晓，据说这个问题「不大」，辐射泄漏的机率甚低，而即使有所外泄，也不会造成太大影响。

从核裂变到核聚变，「分久必合」，在核科学的天地中，是从破坏迈向建设的一大进步，以科技的神工观诸冷战结束后的大千世界，是否也象征从对抗与战阵走向和谐与大同？但愿如此。

核聚变反应堆的原理很简单

核聚变反应堆的原理很简单，只不过对于人类当前的技术水准，实现起来具有相当大的难度。物质由分子构成，分子由原子构成，原子中的原子核又由质子和中子构成，原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电，中子不带电。电子受原子核中正电的吸引，在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同，如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子，铀是天然元素中最重的原子，有92个质子和92个电子。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。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。其实，利用轻核聚变原理，人类早已实现了氘氚核聚变---氢弹爆炸，但氢弹是不可控制的爆炸性核聚变，瞬间能量释放只能给人类带来灾难。如果能让核聚变反应按照人们的需要，长期持续释放，才能使核聚变发电，实现核聚变能的和平利用。如果要实现核聚变发电，那么在核聚变反应堆中，第一步需要将作为反应体的氘-氚混合气体加热到等离子态，也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，让原子核能自由运动，这时才可能使裸露的原子核发生直接接触，这就需要达到大约10万摄氏度的高温。第二步，由于所有原子核都带正电，按照"同性相斥"原理，两个原子核要聚到一起，必须克服强大的静电斥力。两个原子核之间靠得越近，静电产生的斥力就越大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力（强作用力）才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。质量轻的原子核间静电斥力最小，也最容易发生聚变反应，所以核聚变物质一般选择氢的同位素氘和氚。氢是宇宙中最轻的元素，在自然界中存在的同位素有：氕、氘(重氢)、氚(超重氢)。在氢的同位素中，氘和氚之间的聚变最容易，氘和氘之间的聚变就困难些，氕和氕之间的聚变就更困难了。因此人们在考虑聚变时，先考虑氘、氚之间的聚变，后考虑氘、氘之间的聚变。重核元素如铁原子也能发生聚变反应，释放的能量也更多；但是以人类目前的科技水平，尚不足满足其聚变条件。为了克服带正电子原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，要使原子核达到这种运行状态，就需要继续加温，直至上亿摄氏度，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，温度越高，原子核运动越快。以至于它们没有时间相互躲避。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17。6兆电子伏特能量。反应堆经过一段时间运行，内部反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要将氦原子核和中子及时排除出反应堆，并及时将新的氚和氘的混合气输入到反应堆内，核聚变就能持续下去；核聚变产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，剩余大部分的能量可以通过热交换装置输出到反应堆外，驱动汽轮机发电。这就和传统核电站类似了。核聚变消耗的燃料是世界上十分常见的元素--氘（也就是重氢）。氘在海水中的含量还是比较高的，只需要通过精馏法取得重水，然后再电解重水就能得到氘。新的问题出现了，仅仅有氘还是不够的，尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式，但我们人类现有条件下，

高二化学研究性学习课题讲解学习

高二化学研究性学习课题（一）环境保护 1. 加快防治“白色污染”的步伐 2. 对（某地区）废电池回收情况的调查及建议 3. 环保筷的开发与推广 4. 饮用水污染与自然人为因素的关系和控制对策 5. 空气中SO2对土壤的负面影响及治理措施 6. 废旧电池的回收与利用 7. (某某地区）空气污染现状及对策 8. 浅谈水资源的污染其治理 9. 汽车尾气的治理及再利用 10. 如何降低汽车尾气净化的成本 11. 关于城市垃圾资源化的设想与调查 12. 塑料及其回收利用 13. 摘掉城市的毒瘤——城市垃圾处理问题研究 14. 大气污染与人体健康 15. 汽车安全与环保问题 16. 酸雨与人体健康 17. 环保与产业的结合 18. 光污染与光能节约 19. 汽车与环境 20. 无污染汽车 21. 燃煤脱硫的简史及其发展 22. 关于海水淡化问题的研究 23. 降解塑料的发展 24. 关于口香糖的报告 25. 水体的富营养化 26. 土地沙漠化的防治 27. 富营养水质的生物治理 28. 城市的供水、净水及水再利用 29. 创造绿色电能 30. 粉煤灰性能研究及综合利用 31. 城市生活垃圾的绿色处理 32. 无污染能源在家庭中的利用 33. 绿色消费 34. 杀虫剂使用的反思 35. 氟利昂问题 36. 核聚变、核裂变及环境污染 37. 臭氧层破坏 38. 某河流综合整治 39. 电磁辐射污染环境与健康 40. 无磷洗衣粉为何难以推广的探研 41. 厨房生活垃圾能再利用吗 42. 工业废水污染情况 43. 农药污染的影响 44. 石材石粉尘污染的调查 45. 工厂密集度和生活环境的关系 46. 大气污染对农作物的影响 47. 居室污染

磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学探究

磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学探究【摘要】新科技革命的到来，现代工业化生活所耗费的能量大部分来源于不可再生能源，这些能源非常有限，一旦耗尽，世界将会面临一场关于能源短缺的浩劫。近年来我国的磁约束核聚变用于工程技术研究和物力体力学研究方面取得了相当可观的成绩，该技术在很大程度上可以解决能源危机问题。本文详细阐述了磁约束核聚变的相关概念，分析了磁约束聚变与关键能量转换部件装置类别，重点介绍了核聚变反应堆以及磁流体力学实践运用。【关键词】磁约束核聚变；磁流体力学；关键能量转换部件 0.引言当今世界，无论是工业生产还是日常生活，所用到的能源绝大部分是来源于不可再生的化石燃料资源，这些不可再生的资源非常有限，现今许多国家正面临严峻的能源短缺问题。因此，核聚变能的运用在解决能源危机问题方面意义重大。磁约束核聚变作为可控核聚变的种类之一，在克服核聚变反应物的缺陷时又能够保证散发出强大的能源供应，目前世界各国相继投入了对磁约束核聚变的研究，陆续建立了不同磁场位置和形体的实验装置，重点研究磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学。 1.磁约束核聚变概念分析磁约束核聚变是一种结合磁场引力和高热等离子体能量来实现核聚变反应的高科技，这个步骤的具体做法是，首先对已知燃料进行加热处理，让燃料变成等离子体形态，然后利用磁场引力的作用，抑制住高热等离子中的带电粒子，让带电粒子呈现螺旋状线性运动，最后对等离子体进行再次高温加热，直到发生核聚变反应。 2.磁约束聚变与装置类别分析在20世纪六、七十年代，磁约束等离子燃烧核聚变研究已经经过了多次尝试和研究，依然取得了许多突破性的进展，世界各国相继创建了许多种功能各异、花样繁多的用于实现磁约束等离子燃烧核聚变反应的科学实验装置，主要有托卡马克、多极场、仿星器、磁场镜等不同磁场位形的装置[1]。这些高科技试验装置的创建目的就是为了研究使磁约束等离子体的稳定性发生改变以及能量损耗的形成原理，并力图寻找出克服高温等离子体不稳定性和能量损耗的方法。为实现磁约束核聚变反应常用的装置是托卡马克装置，这个装置主要起到引流、等离子高温加热等作用，与其它装置相比较而言，托卡马克污染较少、安全性更高、运行稳定等优势。托卡马克是一种圆状环形强力磁场装置（如图1所示），由于其结构造型特殊，圆状环形的强力磁场以及极向磁场的相对稳定作用，使得高温等离子体的稳定性加强，抑制高温等离子体中带电粒子的消耗，并且通过高温等离子体中的带电粒子实现对等离子体的抑制、稳定以及运动方向等方面的控制，采用中性束摄入以及高温频率波加热装置对等离子体进行控制，将等离子体中带电粒子电流维持在未消耗状态。目前托卡马克已经成为磁约束反应研究的重点使用装置，并将成为最有可能实现核聚变反应走向商业化运作的有效途径。

可再生能源浅谈论文

可再生能源浅谈——研究性学习高一10班王浩然杨帆胡玥许光灿吴逸飞李郅萱一、太阳能太阳能以其丰富的储量和获取途径的方便，可以称得上是取之不尽用之不竭的。太阳能直接利用主要是通过其光和热，但是不易转变成为机械能。电能以转化形式多样、方便的特点，可以作为传输能量的最方便的形式，因此为了更充分地利用太阳能，需要将太阳能先转化成电能，再转化为其他形式能量。而从太阳能到电能这一步，如果能尽量降低能量损失，减少成本，提高转化率和转化速率，那么就可以将太阳能作为现有的能源【特别是化石能源】的替代品。太阳能转化为电能可以有两种途径，第一种是直接转化，第二种是借助中间物质转化 1.直接转化——太阳能电池原理：光电效应在因为光具有能量，在光子的激发下会有电子定向移动形成电流。光子的能量大于电子的逸出功时，电子就会逸出金属原子表面，大多数会沿垂直金属的方向运动【因为不确定性原理所以并不是所有】。只要光的频率超过某一极限频率，受光照射的金属表面立即就会逸出光电子，发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路，加上正向电源，这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。太阳能电池就是通过吸收光子并把原子中的电子击出轨道来产生电场的。其材料需要具备以下特点：首先是很强的吸收光的能力，不能有过多的反射；其次是原子内部金属键要比较弱，这样电子的逸出功比较低，才容易被打出；再次材料本身要有一定的导电性，这样才能在外接负载后形成闭合回路，并且不至于生成过多的热能【内阻过大时内电路消耗的能量会过大，降低效率】现有的太阳能光伏电池包括硅太阳能电池、多晶体薄膜电池、有机聚合物电池、纳米晶电池、有机薄膜电池、染料敏化电池和塑料电

核聚变

学年论文核聚变——未来的新能源班级：08113 学号：27 姓名：宋广佳指导教师：姚大力

核聚变——未来的新能源 0811327 宋广佳【摘要】：氢弹应用的正是聚变原理，这是人类利用核聚变能的首次成功尝试。两个氢原子合为一个氦原子，叫核聚变，太阳就因此释放出巨大能量。核聚变产生的能量比核裂变还要多，而其辐射却要少得多，而且核聚变燃料可以说是取之不尽、用之不竭的。关键词：核聚变未来新能源国际合作项目研究能源是社会发展的基石。古人伐木为薪，后来柴薪逐渐被煤、石油、天然气等化石燃料取代。而今，化石能源面临“危机”，同时又对环境造成严重污染。以煤炭、石油、天然气等化石能源替代柴薪的第一次能源革命，带来了社会、经济的迅速发展。然而这些宝贵的化石能源是不可再生的，据估计，100年后地球上的化石能源将会枯竭。面对即将来临的能源危机，人类开始寻找新能源。回顾人类发展的历史，每一次高效能新能源的利用，都会使社会进入一个新的时代，带来一次新的飞跃。新能源的开发是社会发展的重要基础。能源分为一次能源和二次能源，化石能源、太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能等为一次能源，而焦煤、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能为二次能源。其次，按利用状况，可分为常规能源和新能源。前者是指在不同历史时期的科技发展水平下已被广泛应用的能源，现阶段指煤、石油、天然气、水能和核裂变能五种；后者指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能等。为了社会的稳定发展，人们正在利用高新科学技术开发新的能源。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。原子弹、氢弹的爆炸，使人们认识到原子核内蕴藏着巨大的能量，核电站正是合理利用核能的一个途径。而今，太阳能、地热能、海洋能、生物能等各种新能源也正在开发过程中。日本政府于1993年就提出旨在开发利用新能源的“新阳光计划”，每年都要为新能源技术开发拨款约362亿日元。日本新能源利用的目标是，到2008年争取使新能源在一次能源中所占的比重由目前的1%提高到3%。美国《国家综合能源战略》确定的新能源开发利用目标是，发展先进的可再生能源技术，开发非常规的甲烷资源，发展氢能的储存、分配和转化技术。为什么太阳能源源不断地向外释放能量，好像永远不会枯竭？这个疑问直到爱因斯坦提出了狭义相对论才有了答案。在极高的温度下，太阳物质发生核聚变反应，释放出巨大的聚变能，其中极小一部分来到地球，成为地球一切生命和能源之源。一、什么叫核聚变世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂还是合成，都伴随着能量的转移过程。大家熟知的原子弹利用的则是裂变原理，目前的核电站也是利用核裂变来发电的。核裂变虽然能产生巨大能量，但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅其强大辐射会伤害人体，而且废料也很难处理，可能遗害千年。1946年，第一颗原子弹在广岛上空引爆，此后不久，氢弹爆炸又获得成功。氢弹应用的正是聚变原理，这是人类利用核聚变能的首次成功尝试。两个氢原子合为一个氦原子，叫核聚变，太阳就因此释放出巨大能量。核聚变产生的能量比核裂变还要多，而其辐射却要少得多，而且核聚变燃料可以说是取之不尽、用之不竭的。氢弹威力无比，却无法控制，一旦释放就无法挽回。是否可以控制聚变能，使之缓慢释放，造福人类呢？

浅谈新型燃料在汽车上的应用

浅谈新型燃料在汽车上的应用摘要：随着世界汽车保有量的不断增长与石油资源的日益匮乏，油价是只涨不跌；汽车燃油机的废气排放对城市空气污染加剧。世界各国都在为石油的替代品费尽心力，试图寻找新能源来摆脱对石油的过分依赖和缓解日益加剧的空气污染。中国也陆续出台了一系列节能环保和汽车新能源的研发政策，来缓解石油供需压力和环保问题。目前，醇类燃料，天然气，电能等清洁能源在世界范围已得到广泛应用，并成功缓解了一部分环境污染压力。生物柴油，氢燃料电池，氢燃料等新型燃料也正在研发实践中。氢燃料电池作为一种高效零污染的电化学能量转换装置，已被认为未来汽车最理想经济安全的能源。虽然氢燃料电池汽车目前才刚起步，但随着科技的发展未来社会的交通必然会进入氢电时代。关键词：汽车，新型燃料（新能源） 1 汽车尾气的产生原因及对环境的影响目前，全世界的汽车保有量已超过6亿辆，全世界每千人拥有汽车110辆。全世界的汽车保有量以每年3000万辆的速度增长，预测到2010年全球汽车数量将增到10亿辆。中国的汽车保有量已超过1000万辆。在车辆不多的情况下，大气的自净能力尚能化解车辆排出的毒素。但眼下已车满为患，交通拥堵成为家常便饭，汽车本应具备的便捷、舒适、高效的特点却被过多的车辆逐步抵消。“汽车灾难”已经形成，汽车尾气更是害人不浅。 1.1汽车尾气的产生 1.1.1尾气里都有啥汽车尾气主要是由汽车发动机产生的，汽油燃料充分燃烧排气中基本成分是二氧化碳，水，氮气，氧气等无害产物。此外汽油燃料不充分燃烧产生的就是些对人畜有害物。科学分析发现，汽车尾气中有上百种不同化合物，当中污染物有固体悬浮微粒、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。一辆轿车一年排出有害废气比自身重量大3倍，并且汽车在不断消耗着地球的资源。机动车的燃料消耗成为无情吞噬石油资源的无底洞。目前，汽车使用的汽油约占全球汽油消费量的1／3。 1.1.2尾气害人不浅汽车在大量消耗资源的同时，其排放的尾气会严重影响人类健康。汽车尾气中的一氧化碳与血液中的血红蛋白结合的速度比氧气快250倍。所以，即使有微量一氧化碳的吸入，也可能给人造成可怕的缺氧性伤害。轻者眩晕、头痛，重者脑细胞将受到永久性损伤；氮氧、氢氧化合物会使易感人群出现刺激反应，患上

惯性约束核聚变

惯性约束核聚变核能的安全使用是缓解能源危机的有效途径。相对于核裂变，核聚变具有无放射性，单位质量提供的能量多等优点，而且地球上核聚变物质储量远远多于核裂变物质储量。实现受控核聚变。聚变的原理：他们是利用加速器或其它方法使原子核相互碰撞, 从而得到或失去能量。要实现受控核聚变，必须满足两个基本条件，一是必须将燃料加热到很高的热核反应温度；二是，必须在足够时间长时间内将高温高密度等离子体约束在一起。Lawson 判据限定了实现核聚变的具体条件，即受约束的等离子体必须达到一定的密度n 、温度T 及约束时间τ。对氘氚反应，)/(109.3311mm s n ?≥τ，T 约为K 810。有两种方法，实现受控核聚变。一是磁约束聚变（Magnectic Confinement Fusion ，MCF ），就是利用磁场将带电离子约束住，使之发生聚变的反应。二是激光驱动惯性约束聚变，就是基于氢弹原理，即利用高能激光驱动器在极短时间将巨变燃料小球（靶丸）加热、压缩到高温、高密度，使之在中心“点火”，点燃后继核反应实现受控核聚变，从而获得干净聚变能源。

聚变过程可分为四个阶段：一、强激光束快速加热氘氚靶丸表面，形成等离子体烧蚀层；二、驱动器的能量以激光或X 光形式迅速传递给烧蚀体，使之加热并迅速膨胀；当壳体外部向外扩张时，根据动量守恒定理，剩余部分则向中心挤压，反向压缩燃料；三、向心聚爆将靶丸压缩至一定程度，使氘氚燃料达到高温、高密度状态，在靶丸中心形成热点；四、热核燃烧在被压缩的燃料内部蔓延，使主体燃料发生聚变反应，产生数倍的能量增益，从而产生大量的聚变能输出。现在的惯性约束核聚变存在以下问题: 一、激光和离子束功率没有达到足够大；二、激光必须照射均匀，小球壳本身厚薄均匀；三、目前的爆炸方法有待改进。 ICF 研究进展自从60年代初激光器问世以后，中、美、日、前苏联等国即着手激光驱动ICF 研究，多年来ICF 研究已在世界范围内取得了重要进展。但目前仍处在科学上可行性研究阶段，即掌握主要环节的靶物理规律，实现实验室演示点火目标。为此需要驱动器（主要是高功率、高能量激光器）、靶物理理论和实验、精密诊断设备、靶的制备五个方面协调研究发展。下面主要介绍美、法、日等国在激光驱动器和靶物理方面的研究发展情况。美国从1975年至今，已建立了6代固体激光器，输出功率提高了近5个量级。 1985年建成了当时世界上最大的固体激光器NOV A ，脉宽约1ns ，10路、三倍频，能量（下同）输出约20KJ 。1994年NOV A 完成精密化，能量升级至40KJ 。 1995年在Rochester 大学建成固体激光器OMEGA （1ns ，60路、约45KJ ）。正在建造国家点火装置（NIF ），3~5ns 、,192路、1.8KJ ，预计2005年前后建成。目前能源部的一个专门小组正在对NIF 的技术进行评估。拍瓦（W 1510）装置（1ps 、1路、1KJ ）正在运行。法国 PHEBUS 装置约1ns 、2路、KJ 42?正在运行。在美国帮助下正在研制百万千焦LMJ ，3~5ns ，240路，1.8MJ ，预计2010年建成。 P102超短脉冲激光器，约350fs ，1路，55TW 我国 1964年，王淦昌在国际上独立提出激光驱动聚变的建议，由此开始了我国ICF 研究历史。80年代初中国科学院与当时九院合作研究促进了我国ICF 的发展。1993年，国家高技术863计划成立了惯性约束聚变主题专家组后，规划了国家ICF 发展目标，并在驱动器、靶物理理论和实验、精密化诊断设备、靶的制备五方面研究取得了重大进展，为进一步的研究打下了重要基础。经过早期几代固体激光器的研制，1986年建成神光一号（SG-1）———当时称为LF-12，脉宽1ns 、2路、基频能量为J 8002?，1994年退役；与此同时建成了星光装置（1ns 、1路），目前输出能量约100J 。 1994年决定建造∏-SG ，1ns 、8路、6KJ ()?1、3KJ （?3），经过改造，2000年已开始投入运行。 1996年开始进行,I∏-SG 原型概念设计。I∏-SG 为60路、1ns 、输出到靶面的总能量为60KJ （?3），它是我国进行点火前靶物理并外推到点火物理研究的驱动器，约

国家磁约束核聚变能发展研究专项

国家磁约束核聚变能发展研究专项项目申请书项目名称：申报单位：项目负责人：申报日期： 1

中华人民共和国科学技术部制 2

项目摘要（1,000字左右）简述开展项目研究的重要性和必要性、拟解决的关键问题、主要研究内容和目标、课题设置。申请书正文（不超过30,000字）一、立项依据开展项目研究的重要性和必要性。二、国内外研究现状和发展趋势国际最新研究进展和发展趋势，国内研究现状和水平，相关研究工作取得突破的可能性等。三、拟解决的关键科学技术问题和主要研究内容详细阐述围绕国家磁约束核聚变能发展研究专项任务所要解决的科学技术问题。主要研究内容要围绕关键问题，系统、有机地形成一个整体来详细阐述，重点要突出，避免分散或拼盘现象。四、阶段性目标和总体目标详细阐述项目的总体目标和阶段性目标，要有具体、可考核的考核指标。 3

五、总体研究方案结合主要研究内容阐述学术思路、技术途径及其创新性，与国内外同类研究相比的特色和取得突破的可行性分析等。六、课题设置围绕项目所要解决的关键问题、研究重点和预期目标合理设置课题。说明课题设置的思路、各课题间的有机联系以及与项目预期目标的关系；详细、具体叙述各课题的名称、主要研究内容和目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干和经费比例等。七、现有工作基础和条件 1. 项目承担单位在所申报项目相关研究方面的工作基础和取得的主要研究成果。 2. 项目实施所具备的工作条件，包括实验平台和大型仪器设备等，国家实验室、国家重点实验室和重大科学工程等重要研究基地在项目中所起的作用等。 3. 项目申报单位近五年承担的与所申报项目直接相关的国家科技计划重大、重点项目的完成情况，与所申报项目的关联和 4

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。因此这两种材料是核聚变装置中服役条件最严酷的材料。葛昌纯根据自己多年材料研究的经验，认为这是一个非常重要的研究方向。1996年，他向有关部门提交了耐高温等离子体冲刷的功能梯度材料的科研顶层设计项目建议书。在建议书中葛昌纯设想这种材料可以运用在三个方面，一是为受控核聚变提供耐高温等离子体冲刷的材料，二是可以用于激光核聚变的材料，三是可以在航空航天上用的材料。这项建议得到了国家有关部门的重视和核工业西南核物理研究院的合作，“863”新材料专家委员会听取了葛昌纯的论证报告，通过答辩后，于1997年7月批准了这个项目。五种功能梯度第一壁材料国际上尚未见有报道葛昌纯领导课题组经过十年努力，特别是近五年来通过指导周张健副教授负责的国家自然科学基金项目、沈卫平副教授负责的“863”计划项目，以及研究组与中科院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院的协作项目，较深入地研究了弹塑性有限元分析和优化设计、超高压力通电烧结、熔渗——焊接

初中生研究性学习的课题

2007年我曾在二中贴吧，贴出了研究性学习的课题题目，今天再贴出一批题目，以供同学们在选题时参考。高中研究性学习课题 1. 克瑞斯丁?施科宾怎样发现了臭氧，它在大气中扮演了怎样的角色，氟里昂对它有何影响？ 2. 臭氧空洞与那些化学物质有关，其破坏机理是什么？调查目前制冷剂的种类。 3. 化学对“人类基因组”破译工作的贡献。 4. 回顾粘结剂的发展过程。 5. 约翰?丁达尔是怎样应用他对于光在溶液中散射的研究解释天空为什么是蓝色？ 6. 了解纳米技术的发展及我国纳米技术及应用领域。 7. 为北京2008年奥运会设计一种有中国特色的节能环保型奥运火炬。 8. 水污染的主要来源是什么？ 9. 怎样进行家用自来水的净化工作？10. 什么是第三级废水，它的处理工作有何重要性？11. 你所在地区关于水污染的法规有那些。12. 了解我国海洋资源的开发利用情况。13. 说出海水的主要化学成分，设计一种提取某单质或化合物的方法。14. 绘制一张简图，说明地下水是怎样被污染的。你所在地区的地下水的纯净度怎样？为了保持水的洁净，制定了那些措施？15. 你认为喝什么水好（如，纯净水，自来水，矿泉水，纯水及天然水等）？16. 我国是严重的缺水国家之一，如何缓解淡水危机？17. 你怎样看海水淡化的前景？我国在这方面作了那工作？18. 测定当地雨水的PH 了解二氧化硫的污染状况，并向当地有关部门提供建设性意见。19. 研究不同催化剂对过氧化氢分解的影响。20. 从一个实验室反应到一个工业生产过程，称量中应包含那些问题？ 21. 你所在地区的主要空气污染是什么？它是怎样被控制的？空气污染带来了那些明确的或不明确的花费？有哪些相关法律法规。22. 离子交换器是怎样减少汽车排放的污染？23. 回顾1970年以来“洁净空气标准”所带来的影响。24. 调查你所在地区的家庭生活垃圾的日产量及主要污染及处理方式。25. 氢氧化钠是怎样制造的？它的主要用途是什么？26. 讨论离子交换膜法电解制烧碱的基本原理，试设计一种更先进的制碱流程。27. 氢氧化钠是怎样用于生产纸浆的？28. 描述血液中碳酸氢根离子的缓冲作用对维持血液PH恒定的意义。29. 什么样的技术常用于工业运输气体、油料和水的管道的腐蚀？30. 什么样的材料常用于防腐涂层，如汽车车身的防腐等？31. 什么是“变脆氢气”？32. 描述在水果腐烂过程中的氧化-还原反应。33. 研究氧化-还原反应中能量的变化有何意义。34. 回顾火箭的发展历史，为什么燃料从固态发展到液态具有重大的意义？35. 库尔斯克号核潜艇的沉没有没有化学因素？36. 为什么一些干电池比其他干电池的使用寿命更长？测试几种普通电池，看一看在不同条件下哪种使用寿命更长。37. 怎样使用燃料电池广泛使用燃料电池的前景如何？38. 热的卤水有什么商业用途？39. 铝元素是怎样被循环使用的？当今循环使用铝是利用它的哪个性质？40. 制作一个简图，表明汞是怎样进入食物链的？41. 什么是“氮的固定”，叙述一种自然固氮和一种工业方法的固氮。42. “氮的固定”的人工方法的潜在的商业价值何在？其发展的瓶颈在何处？43. 查阅资料了解N2在生产生活及高科技领域的应用。如何提高自然氮库的利用率。44. 居里是怎样发现并获得大量镭的？这对你的学习生活有何启示？45. 元素周期律是怎样发现的？门捷列夫对元素周期律的贡献。试设计一张未来元素周期表。46. 四大发明与我国古代化学。47. 谈谈我国古代化学的发展史及对世界化学发展的影响。48. 试讨论由海湾战争和北约轰炸南联盟看战争带来的生态灾难。49. 说说水泥、汽油的标号的具体含义，你知道我国对水泥的新标号吗？50. 说出几种常见的耐火材料及组成。51. 什么是形状记忆合金？它在现代科研、生活等领域的价值。52. 说说酸奶的准备及其营养价值。53. 你会除去水垢吗？用什么方法即省事又经济？54. 了解水垢的形成原理，调查本地区水成分并提出快速除去水垢的方法。55. 如何鉴别有毒和无毒塑料？56. 调查常用塑料的品种，主要的化学组成，性能，价格。57. 牙膏加氟对牙齿有何作用，为什么有些地区的人有褐牙现象？58. 加氟牙膏防治龋齿病的作用机理怎样？59. 探讨肥皂的最佳洗涤条件，磷在洗衣粉中的作用是什么？无磷洗衣粉的

聚变堆材料(部分示意,仅供参考)

1、核聚变反应堆所用的材料主要包括： A 热核材料； B 第一壁材料； C 高热流部件材料； D 氚增殖材料 2、核聚变堆设计和工况条件 A 第一壁环境条件，第一壁是聚变堆中离等离子体最近的部件，应具有抗中子辐照损伤能力，对氢脆和氦脆(指材料中掺入氢气、氦气，材料会变脆，相应性能降低)不敏感，与冷却介质和包层材料相容性好。 B 真空壁材料的设计限值，包括使用温度、热导率、热膨胀系数、强度、弹性模量等上限要求。 C 比起裂变反应堆，聚变反应堆具有特有的材料工艺问题：超导磁体及低温技术，强磁场下导电液体的泵送技术，14MeV中子的辐照损伤、氦离子轰击和溅射起泡现象等。 3、第一壁材料（1）奥氏体（可以说是铁的同位素钢中性能最好的一种，应用范围最广，但也不绝对）不锈钢。优点：该材料具有良好的加工、焊接性能，与氦冷却剂和陶瓷增殖材料相容性好；缺点：但屈服强度较低，抗辐照肿胀性较差。（2）铁素体和马氏体不锈钢优点：与奥氏体不锈钢相比，抗辐照肿胀性好，具有更高的热应力因子和更好的液态金属腐蚀行为，与候选冷却剂及氚增殖剂的化学相容性好；缺点：但对热机械处理十分敏感，退火（钢材料性能改善的手段之一，退火温度由相图决定。简单地讲，就是将钢的温度加热到某一温度，使晶格发生变化，以达到某种性能，再在这一新材料的基础上用某种手段降温至室温，降温速度不同，材料变形不同）温度和时间的变化对其性能影响较大，且焊接工艺要求较为苛刻。（3）钒合金优点：具有优良的高温力学性能、抗腐蚀肿胀性能和低中子活化特性，与高纯氦相容性好，一般需要在合金表面覆镀一层绝缘性膜；缺点：不过存在氢脆现象，且钒合金的工业生产经验和性能数据较为贫乏，目前通常在惰性保护气体或真空环境中进行该合金的焊接工作。（4）SiC/SiC复合材料优点：具有优良的高温性能。在氦冷却介质系统中可工作到800摄氏度，可大大提高能源系统的热效率。它比金属类材料在安全、维护和放射性处理方面具有更大的优势。缺点：影响SiC/SiC复合材料性能的关键环节是在结合基体材料之前沉积在纤维预型上的纤维和基体间的界面层，一般用碳。复合材料的首选工艺是化学气相渗入法（渗N2、C）（CVI）。中子辐照对其热导率的影响与辐照温度密切相关，即辐照温度越低，则热导率下降越多。 4、高热流部件材料：指孔栏和偏滤器中承受高热负荷的部件。（1）铜合金优点：可消散等离子体破裂时产生的局部过热作用。铜合金具有良好的导热效率(仅次于银)；缺点：但是易受因素影响而变弱： A 辐照缺陷组分在低温辐照达到饱和值，相当与热导率降低 B 沉淀或氧化物粒子由于高能离位级联冲击而溶解

磁约束

一．概述众所周知，以一定速度进入均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。进入非均匀磁场中的带电粒子将如何运动呢？现以典型的喇叭形磁场为例，用一种简明的方法进行分析，阐明了磁约束的基本原理及其在核聚变中的重要应用。二．带电粒子在喇叭形磁场中的运动常见的典型的喇叭形磁场如图15-1所示。为了方便起见，设图15-1示的磁场是关于Z 轴对称的空间缓变的；喇叭形磁场，它可用下表示其中为常数，和分别为柱坐标系中Z 轴和径向方向的单位矢量，a 是一个微小的参数，它表达了随Z 和r 的缓慢变化。电荷为q ，质量为m 的粒子以一定速度（假定之大小远小于真空中的光速）进入图15-1所示的磁场中，它将如何运动呢？现将带电粒子的速度分解为平行于的纵向分量与垂直于的横向分量。带电粒子在的z 分量作用下，类似于在均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。但由于随Z 增大而增强，其回旋

半径将逐渐减小，因此带电粒子的轨道是一条会聚螺旋线，如图15-2 所示。磁场的径向分量虽小，但对带电粒子的运动产生十分重要的作用，出现了十分有趣的特征。由径向磁场产生的洛仑兹力为：（2）其中使带电粒子的横向速度之大小增加，因由于的空间缓变,甚微，所以为圆柱坐标系中方向的单位矢量）。（2）式中第二项以表示，即：（3） (3)式所示之分力与方向相反，将使减小。可见磁场使带电粒子的增加，减小。然而在稳定的磁场中运动的带电粒子的总动能是不变的。即：常数（4）从（4）式出发，由的变化可找出带电粒子横向速度的变化规律。今将（4）式对时间求导数得：（5）其中

高三物理裂变和聚变

裂变和聚变 ★新课标要求（一）知识与技能 1．知道核裂变的概念，知道重核裂变中能释放出巨大的能量。 2．知道什么是链式反应。 3．会计算重核裂变过程中释放出的能量。 4．知道什么是核反应堆。了解常用裂变反应堆的类型，了解核电站及核能发电的优缺点。 5．了解聚变反应的特点及其条件. 6．了解可控热核反应及其研究和发展. 7．知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。（二）过程与方法 1．通过对核子平均质量与原子序数关系的理解，培养学生的逻辑推理能力及应用教学图像处理物理问题的能力。 2．通过让学生自己阅读课本，查阅资料，培养学生归纳与概括知识的能力和提出问题的能力。（三）情感、态度与价值观 1．激发学生热爱科学、探求真理的激情，树立实事求是的科学态度，培养学生基本的科学素养，通过核能的利用，思考科学与社会的关系。 2．通过教学，让学生认识到和平利用核能及开发新能源的重要性。 3．确立世界是物质的，物质是运动变化的，而变化过程必然遵循能量守恒的观点。 ★教学重点 1．链式反应及其释放核能的计算。 2．重核裂变的核反应方程式的书写。 3. 聚变核反应的特点。 ★教学难点 1、通过核子平均质量与原子序数的关系，推理得出由质量数较大的原子核分裂成质量数较小的原子核释放能量这一结论。 2、聚变反应的条件。 ★教学方法教师启发、引导，学生讨论、交流。 ★教学用具：多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。 ★课时安排 1 课时 ★教学过程重核裂变（一）引入新课教师：大家都知道在第二次世界大战即将结束的时候，美国于1945年8月6日、9日先后在日本的广岛、长崎上空投下了两颗原子弹，刹那间，这两座曾经十分美丽的城市变成一片废墟．大家还知道目前世界上有少数国家建成了许多核电站，我国也相继建成了浙江秦山核电站和广东大亚湾核电站等。我想，现在大家一定想知道原子弹爆炸及核发电的原理，那么，我们这节课就来学习裂变，通过学习，大家就会对上述问题有初步的了解。

浅析太阳系小天体探测

浅析太阳系小天体探测（一）霍卓玺（钱学森空间技术实验室空间技术与应用础研究部，北京100094） 1引言近年来，太阳系小天体探测日益成为航天、天文以及行星科学等领域的热门议题。欧洲宇航局（ESA）“地平线2000”基石任务——罗塞塔号结束对彗星67P/丘留莫夫-格拉西缅科的研究结束不到一年，美国宇航局（NASA）即宣布近期将开展“露西”、“灵神”两个均针对太阳系小天体的深空探测任务。于此同时，日本宇航局（JAXA）开展的隼鸟2号任务即将着陆162173号小行星“龙宫”。小天体探测任务不仅带来丰富的科学产出，刷新人类对小天体乃至太阳系的认识，也带动空间技术的发展，使得太空资源利用愈发具有现实意义。美国、卢森堡先后通过立法，支持本国企业和个人开采、利用及拥有太空资源。由包含中国航天局、ESA和NASA在内的14个航天局联合建立的国际空间探测协调小组（ISECG）发布的《全球空间探测路线图》指出，小天体等探测对象本身包含的资源对后续探测有重要意义，基于原位资源的推进等技术是未来的关键先进技术。我国嫦娥2号探测器在扩展任务阶段，首次实现了对4179号小行星图塔蒂斯的交会探测，也是我国首次开展针对太阳系小天体的深空探测任务。2016年，国务院新闻办发布《2016 中国的航天》白皮书，提出我国在2020年左右开展小行星探测的任务深化论证和关键技术攻关。中国空间技术研究院、中国科学院等国内科研院所针对2020年至2030年之间分别提出小天体探测任务概念，开展关键技术研究与攻关，并逐渐形成、组建研究队伍。2018年1月17日，钱学森空间技术实验室联合意大利、德国等国天文学家成立小天体任务国际科学团队；1月18日，中科院空间中心与卢森堡签署共建深空探测研究实验室的合作备忘录。在上述背景下，本文系统介绍天文及行星科学领域的太阳系形成和演化，从而将小天体的形成、演化及特性放在更大的图景中加以考虑；回顾国际上已经开展的太阳系小天体探测任务，并简要分析其发展动态；旨在及时对实验室开展小天体探测相关研究提供建议。由于本篇文章篇幅较长，从本期开始，将分两期介绍。 2太阳系形成和演化过程 2.1太阳系基本现状（1）太阳系物质分布

国际热核聚变材料辐射装置调研 - IFMIF

信息资源类型：调研报告国际热核聚变材料辐射装置- IFMIF 李天鹞中国科学院核能安全技术研究

1.介绍 The International Fusion Materials Irradiation Facility（国际热核聚变材料辐射装置），IFMIF，是一个用于测试聚变用材料的装置，其目的是测试核聚变反应堆所用材料的可行性。 IFMIF的建设准备工作按预期已经在2006年开始，尽管发挥其实际的测试功能至少被排在2017年之后。其中有两个平行的氘核加速器，产生的氘核粒子束撞击锂元素标靶，反应后产生大量高能中子来照射样本材料和被测试成分。该装置可以通过在适当的周期内（几年）产生大量且能量适中的中子来模拟未来商业聚变反应堆中材料受照射情况，从而可以测试在极端情况下材料的长期行为。聚变发展至今，安全、经济可行性与尊重环境将是热核聚变能源进行大规模普及必不可少的条件，而其中材料的抗辐照性和低活化性问题则是一个关键。IFMIF这一装置将着力于发展相关聚变材料，当它们曝露在高能粒子环境当中时，能否有足够的抗辐照能力。材料的测试需要强大的高能粒子源流(中子)。但是，目前尚没有达到高于数兆电子伏特的强大中子源流。IFMIF将提供这样的高能中子流，以便能够在其整个使用寿命周期上测试用于热核聚变反应堆材料样品。该项目由欧盟、日本、俄罗斯及美国等共同参与的能源领域的最大国际合作项目之一，同时也是聚变领域最重要的两个国际合作项目之一(另外一个是ITER)。 2.结构图1——总体3维视图如图1所示，IMFIF由几个部分组成：加速器、靶、测试室和电力系统等。其中加速器、锂循环系统和处理系统都位于地面之下，主要的电力系统和热室等设施在地面上。

磁流体力学数值方法及其在磁约束聚变中的应用-LSEC

磁流体力学数值方法及其在磁约束聚变中的应用（2018年7月16日-17日）倪明玖研究员中国科学院大学本系列课程主要介绍求解三维不可压磁流体动力学问题的有限体积法，主要围绕磁约束聚变反应堆关键部件研发，介绍液态金属磁流体力学的计算方法及应用。课程内容主要包括：－磁约束聚变反应堆关键部件研发涉及的液态金属磁流体力学的研究背景－不可压流体的Navier-Stokes方程，介绍投影法及源项的处理方法－磁流体力学的一种精确计算方法-相容守恒格式－自由界面MHD，固体颗粒两相流MHD，湍流MHD，介绍其基本算法及具体应用。授课老师简介倪明玖，1997年获西安交通大学博士学位，1999-2001年为日本京都大学JSPS（日本学术振兴会）博士后，2001-2007年在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）从事磁约束聚变相关的磁流体力学研究，2007年起为中国科学院大学教授。曾获国家杰出青金科学基金和中国科学院“百人计划”支持，为磁约束聚变能专项项目首席，基金委重点基金项目负责人。研究方向：磁流体力学、计算流体力学、多相流传热、核聚变工程技术。

不可压磁流体动力学方程组的混合有限元方法（2018年7月18日-21日）郑伟英研究员中国科学院数学与系统科学研究院本系列课程主要介绍求解三维不可压磁流体动力学方程组的混合有限元方法及高效求解算法，重点关注有限元方法的守恒型和求解算法的最优性。课程内容主要包括：－ Stokes 方程和不可压 Navier-Stokes 方程的有限元方法；－无感应磁流体方程组的电荷守恒型有限元方法；－完整磁流体方程组的质量、磁通守恒有限元方法；－基于算子预处理，设计离散问题的高效求解算法。授课老师简介郑伟英，研究员，1996年和1999年于郑州大学分别获数学学士、硕士学位；2002年于北京大学获计算数学博士学位，2002.7-2004.6年为中科院数学与系统科学研究院博士后；2006.11—2007.12为德国慕尼黑科技大学（TUM）洪堡基金访问学者；2004年6月以来在中科院数学与系统科学研究院工作至今；现任研究员，“科学与工程计算国家重点实验室”副主任；2017年获国家杰出青年科学基金资助。主要从事复杂介质电磁场问题、不可压磁流体问题的算法研究与并行程序研制，曾在大型变压器的可计算建模、分层介质电磁散射问题的完美匹配层方法、三维磁流体的守恒型有限元方法等方向取得重要进展。

高一化学研究性课题的选择

高一化学研究性课题的选择 [教学目的]：指导高一学生进行化学学科研究性课程的课题选择。 [教学重点和难点]：1、使学生明确研究性课程的目标。 2、研究性课程在内容选择和设计上的要求。 3、研究性课题的课题选择来源选题思路。 [教学过程] 一、研究性课程的目标： 1、总目标：通过自主探究等多样化的研究性学习活动方式，提升学生自身学习生活的经验、能力、情感体验和价值目标追求，密切学生的学习生活与自然界，社会生活的联系，加强学生知识学习与实践活动的联系，发展学生对自然、社会和人自身的整体性、规律性和独特性的认识，发展学生综合运用已学的知识技能，解决实际问题的科学态度、方法和能力，创造性学力和创新精神，加强学生参与社会生活、服务社会、造福人类的社会责任感和使命感，培养学生辩证唯物主义的科学观念和思想方法，培养学生关注社会的现实和未来发展的人文精神。 2、具体目标：（1）培养学生一切从实际出发，实事求是的科学态度和科学精神，培养学生养成科学的思想方法、正确的对科学和道德等方面的评价能力。（2）发展学生对社会的责任心和使命感。（3）培养学生通过主动探究的实践活动，获取亲自参与研究探索的积极情感体验，培养学生主动求知、乐于探究的心理品质和勇于创新的精神。（4）促进学生通过研究实践活动，掌握基本的科学研究方法，提高综合运用所学知识和技能解决实际问题的能力，培养学生在开放性环境中获取收集、处理信息能力，包括发现问题的能力，提出问题的能力、提出解决问题的设想的能力，收集资料和分析资料的能力，表述思想和交流成果的能力等。二、研究性课程在课题选择和设计上的要求。 1、开放性。要注重联系学习生活实际，联系自然界、社会和人自身发展的实际问题，要从学科领域开放到现实生活中的事件、现象和情境。学习、研究的专题（课题内容是广域性的。既可以是单