浅谈核聚变对人类的意义

浅谈核电应用及其未来前景

摘要：以煤、石油、天然气为代表的化石能源终将枯竭，基于核裂变反应的核裂变能源也由于安全性和核废料的处理等问题而不尽如人意．人类期待着新的能源．受控热核聚变反应能释放巨大的能量，而且由于这种能源干净、安全，且以用之不竭的海水作为原料，因此，受控热核聚变能是人类下一世纪的能源的主要希望所在。

关键词：能源核聚变发电可控人造太阳

动力堆的发展最初是出于军事需要。1954年，苏联建成世界上第一座装机容量为5兆瓦(电)的核电站。英、美等国也相继建成各种类型的核电站。到1960年,有5个国家建成20座核电站，装机容量1279兆瓦（电）。由于核浓缩技术的发展，到1966年，核能发电的成本已低于火力发电的成本。核能发电真正迈入实用阶段。1978年全世界22个国家和地区正在运行的30兆瓦（电）以上的核电站反应堆已达200多座,总装机容量已达107776兆瓦（电）。80年代因化石能源短缺日益突出，核能发电的进展更快。到1991年，全世界近30个国家和地区建成的核电机组为423套，总容量为3.275亿千瓦，其发电量占全世界总发电量的约16％。

自从上个世纪80年代改革开放以来，我国的工业化发展非常快，工业产值占全民GDP 比重很高。工业化过程最大的特点就是对能源需求很大，特别是电力需求。过去几十年，中国的电力供应基本方针是：优先发展火电和水电，以保证电力快速增长的需求。然而，最近几年，我们频繁在各大媒介看到缺电的报道，这说明中国的电力需求已经跟不上经济发展需要，要寻找新的能源增长点。

中国传统依靠水电和火电的传统战略被迫改变。原因如下：

1. 交通压力大。火力发电需要大量的煤炭资源，众所周知，中国的煤炭分布极不均匀，却大部分煤炭资源分布在山西、内蒙古等少数几个北方省份，而中国经济发展则是先从沿海地区和南方地区先开始的，要把北方大量的煤炭运到千里之外的东南沿海地区，交通压力可想而知。为此中国新建多条运煤的铁路，比如：大秦铁路等，但远不能满足运力的需要。公路方面，从京藏高速内蒙到北京段大塞车显现就可知道，现有的公路不能解决不了运力的矛盾问题。

2. 火电污染环境。

火电发电想大气中排放有害气体二氧化硫、温室气体二氧化碳和大量粉尘，对自然环境和人体健康有很大影响。。

世界节能减排是大势所趋，各国都有节能减排承诺。多年来，中国在能源消费特别有害气体排放和温室气体排放等方面饱受国际社会诟病，中国已经在哥本哈根气候会议上承诺，到2020年单位GDP二氧化碳强度减少40%到45%，这还是一个保守的能拿到国际层面上的数字，国内的努力目标可能会更多，要求更加严格。是实现这个目标，恐怕最重要的是减少煤炭的需求，用其它的清洁能源代替煤炭了。

3. 水电开发过度，面临枯竭。

2008年4月份，南方周末题为“西南水电为何疯狂”的报道，文章阐述近些年国内各大电力公司在西南地区跑马圈地的情况，导致西南地区水电开发过度，比如：岷江的干支流的水电站约有60座以上，开发率超过了80%。中国的水资源有60%-70%分布在西南，而在西南地区的疯狂开发至水电开发接近饱和，过度的开发也给生态环境带来压力。

4. 其它清洁能源技术的不成熟。

现在清洁能源主要包括：核电、太阳能、风电、生物能源等。太阳能受地区限制，很多地方年平均太阳日不足，无法开发，且现在太阳能技术还不成熟，发电规模小，占地面积大等绝点，另外，最为重要的是太阳能发电成本高，上网电价高达2-3元，如果没有政府补贴，太阳能发电基本不可能，如果把成本转嫁到消费者头上，恐怕民众的口水都能把电网和发电企业淹没。风力发电也首先地域限制和天气限制，发电的规模小，无法满足能源需求的快速增长。生物能源等目前还停留在技术研究和实验阶段，无法投入使用。

所以说，发展核电是符合现在中国的国家发展战略的，因为核电是一种“安全可靠、高效、经济、清洁”的能源；核电是当今世界上唯一技术成熟、可以大规模实现温室气体减排的措施，是21世纪人类通向可持续发展的桥梁；因此发展核电，是我国能源发展的战略性选择，是我国能源安全供应的重要保障。加快核电发展和核电制造技术国产化，也是我国机械制造行业技术水平和综合制造能力提高的标志，因此，也是提高我国综合国力提高竞争力的重要方面。

然而，我们必须正视，目前的核裂变发电是存在风险的，因为核裂变是不可控的，历史上就发生过几次严重的核事故，给当地人民带来了深重的灾难，也给核事业的发展蒙上了阴影。比如三哩岛核事故，切尔诺贝利核事故，福岛核事故等，都给人触目惊心的感觉。但是，无论哪一个拥核发电技术的国家，都不会放弃核发电，因为它是人类目前所能利用的最优秀的能源，整体来说，核裂变发电是利远远大于弊的，但是它毕竟还是存在风险的，所以政府会面临很大的压力，于是，核聚变发电的研发被全球各发达国家提上了议程。

相比核裂变，核聚变释放的能量会更多，这也是氢弹威力要比原子弹强大很多的原因，而且核聚变的选材更加广泛，其原料可以直接取自海水，来源几乎取之不尽，因而是比较理想的能源取得方法，而且核聚变带来的放射性污染会少很多，也不会产生很多的核废料，因此核聚变反应的控制和利用已成为当今世界非常重要的研究项目。

讲到可控核聚变研发，就不得不说说“人造太阳”计划，即国际热核聚变实验堆（ITER）计划，倡议于1985年，并于1988年开始实验堆的研究设计工作。经过十三年努力，耗资十五亿美元，在集成世界聚变研究主要成果基础上，ITER工程设计于2001年完成。此后经过五年谈判，ITER计划七方2006年正式签署联合实施协定，启动实施ITER计划。ITER 计划将历时35年，其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。中国政府坚定支持中国参与ITER计划，胡锦涛多次就此做出重要指示。经过深入调研和充分论证，中国政府于2003年1月决定正式参加ITER计划谈判。此后，中国还积极推动谈判进程，为尽早启动实施ITER计划进行不懈努力，这期间，中国先后承办了ITER第九次和第十一次政府间谈判会议。ITER计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。该计划将集成当今国际上受控磁约束核聚变的主要科学和技术成果，首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆，将研究解决大量技术难题，是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步，因此备受各国政府与科技界的高度重视和支持。

核聚变研究是当今世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。与不可再生能源和常规清洁能源不同，聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一，也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。ITER计划是实现聚变能商业化必不可少的一步，其目标是验证和平利用聚变能的科学和技术可行性。ITER计划集成了当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术成果，拥有可靠的科学依据并具备坚实的技术基础。国际上对ITER计划的主流看法是：建造和运行ITER的科学和工程技术基

础已经具备，成功的把握较大，经过示范堆、原型堆核电站阶段，可在本世纪中叶实现聚变能商业化。ITER计划是我国改革开放以来有机会参加的最大的多边国际大科学工程合作项目。参加ITER计划有利于大幅度提升我国在科学技术领域参加国际合作的层次；有利于推动我国聚变能研究开发，加快我国聚变能开发进程；有利于我国学习掌握大型国际科学工程项目的建设、管理、运行和维修经验；有利于提高我国超导技术、稀有金属材料技术、高电压技术等众多领域的研究开发能力；有利于锻炼和造就一批高水平、高素质的科研人员、工程技术人员和管理人员，为我国聚变事业的发展打下坚实人才基础。2003年1月国务院批准我国参加ITER计划谈判，经过三年谈判，2006年5月24日，经国务院批准，中国ITER 谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定，标志着ITER计划进入全面实施的准备阶段。2006年5月24日，国家科学技术部代表我国政府与其他六方一起，在比利时首都布鲁塞尔草签了《国际热核聚变实验堆联合实施协定》。这标志着ITER计划实质上进入了正式执行阶段，即将开始工程建设，也标志着我国实质上参加了ITER计划。

经过了多年的发展，我国的可控核聚变技术也得到了长足的进步，位于世界先进行列。2012年4月19日，我国新一代“人造太阳”实验装置（EAST）中性束注入系统（NBI）完成了氢离子束功率3兆瓦、脉冲宽度500毫秒的高能量离子束引出实验。本轮实验获得的束能量和功率创下国内纪录，并基本达到EAST项目设计目标。这标志着我国自行研制的具有国际先进水平的中性束注入系统基本克服所有重大技术难关。

EAST装置辅助加热系统是国家“十二五”大科学工程，2010年7月正式立项，它是使EAST具有运行高参数等离子体的能力，从而可以开展与国际热核聚变反应堆密切相关的最前沿性研究的重要系统。EAST中性束注入系统完全由中国自行研制，涵盖了精密的强流离子源等多个科学技术领域。

2013年1月5日，从中科院合肥物质研究院获悉，该院等离子体所承担的大科学工程“人造太阳”实验装置（EAST）又获重大实验成果，其辅助加热工程的中性束注入系统（NBI）在综合测试平台上成功实现100秒长脉冲氢中性束引出，初步验证了系统的长脉冲运行能力。

科学家们介绍说，本轮实验获得的长脉冲中性束引出，在国内尚属首次，标志着中国在中性束注入加热研究领域又迈出了坚实的一步。EAST装置辅助加热系统主要包括低杂波电流驱动系统、中性束注入系统这两大系统。

EAST中性束注入系统完全由中国自行研制，涵盖了精密的强流离子源、高真空、低温制冷、高电压及隔离技术、远程测控及等离子体和束诊断等多个科学技术领域。本轮实验中，中性束注入系统团队按实验计划仅利用10天的调试，即获得束能量30千电子伏、束流9安培、束功率约0．3兆瓦、脉冲宽度100秒的长脉冲中性束引出。实验在成功测试兆瓦级强流离子源性能的同时，也验证了NBI各子系统具备100秒的长脉冲运行能力。目前获得的实验结果具有里程碑性质，标志着中国自行研制的具国际先进水平的中性束注入加热系统已基本克服重大技术难关，为中性束注入系统在2013年投入EAST物理实验奠定了坚实基础。

总的来说，可控核聚变技术成功应用目前来说还是不现实的，目前世界多国共同研发，保守估计还是要等到21世纪中期才能商业化利用，而且目前可控核聚变的研发，各国投入巨大，但是研发出来的成果相对不多，所以各国政府，科研部门其实都还是面临着很大的压力，网上就经常有人质疑可控核聚变技术的研发是不是一个骗局，但是我觉得，科学本来就是一个赌博的过程，而且现在可控核聚变仍然处于一个正确的方向上，为了人类的未来，为了解决未来的能源问题，我认为研发可控核聚变依旧是值得一做的，世界历史上的伟大的科研成果都是在人们的质疑声中诞生的。但是立足当下，我们还是应该两手抓，既要大力研发可控核聚变技术，也要不断对现有核裂变技术进行更新换代，提高它的安全性。

参考文献：《军事知识》

参考文献：《物理》