核聚变发展史

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太阳核聚变的过程

太阳核聚变的过程

太阳核聚变的过程太阳核聚变是指太阳内部的高温高压环境下,氢原子核融合成氦原子核的过程。

这个过程是太阳能量产生的主要机制,也是地球上各种生命存在的基础。

在太阳的核心区域,高温高压使得氢原子核相互碰撞并融合,释放出巨大的能量。

太阳核聚变的过程可以分为三个主要步骤:原子核的碰撞、氢原子核的融合和能量的释放。

太阳内部的高温高压环境使得氢原子核不断发生碰撞。

在这个过程中,氢原子核互相靠近,克服了静电排斥力,进而发生核反应。

当两个氢原子核靠近到一定的距离时,它们的质子和中子开始相互交换。

质子和中子的交换使得氢原子核中的质子数量增加,从而形成一个新的氦原子核。

当氢原子核融合成氦原子核时,会释放出大量的能量。

这些能量以光子的形式传播出去,形成了太阳光和太阳热。

太阳核聚变的过程虽然简单,但是却极其复杂。

在太阳内部,温度高达1500万摄氏度,压力巨大。

这样的高温高压环境使得氢原子核能够克服静电排斥力,相互靠近并发生碰撞。

然而,要使氢原子核发生核融合,需要克服更大的库仑排斥力,这需要更高的温度和压力。

在太阳内部,核聚变反应的速率受到温度的影响。

温度越高,反应速率越快。

太阳内部的高温环境使得核聚变反应能够持续进行,从而产生巨大的能量。

太阳核聚变是一种自持续的反应,它能够持续地释放出能量。

在太阳内部,核聚变反应不断地进行,维持着太阳的亮度和热量。

太阳核聚变所释放的能量,以光子的形式传播到太阳表面,然后从太阳表面传播到太空中,最终到达地球。

太阳核聚变的过程不仅仅是一种物理现象,它也是生命存在的基础。

太阳核聚变所释放的能量,为地球上的生物提供了光和热。

光能被光合作用利用,转化为植物的化学能,然后通过食物链传递给其他生物。

热能则维持了地球的气候和环境。

太阳核聚变是一个复杂而神奇的过程,它使得太阳成为了我们生活中不可或缺的一部分。

通过研究太阳核聚变的过程,科学家们可以更好地理解太阳的能量产生机制,并探索利用核聚变技术来解决能源问题的可能性。

可控核聚变能源发展史

可控核聚变能源发展史

可控核聚变能源发展史和外来材料可控核聚变能源发展史—自1957年开始20世纪50年代,随着核裂变发展的不断深入,科学家们开始研究一种新的能源形式——核聚变,1957年,英国爱丁堡大学的英国物理学家,菲尔普斯教授在爱丁堡大学的研究室里研发了世界上第一台核聚变装置,也就是如今著名的Zeta装置。

将研究室中的反应堆作为Zeta装置的核心部分,它是为了对反应堆的核聚变进行研究而设计的装置,但这台装置的发展没有达到科学家们想要的结果。

1968年,法国科学家搭建了世界上第一个可控核聚变反应堆,称为Tore Supra,它是促进核聚变能源发展的标志性事件。

Tore Supra在许多方面都是核聚变技术发展史上的一个里程碑。

它不仅更好地控制反应堆,而且节约了能源,大大提高了核聚变装置的效率。

Tore Supra的成功开启了核聚变能源的发展。

1983年,日本科学家在福岛的实验室里创造出了另一个核聚变装置,称为JT-60,它是一种非常先进的反应堆,可以控制核聚变反应,这是核聚变能源发展的新里程碑。

JT-60的出现为下一步核聚变反应堆的发展提供了科学依据,为未来的可控核聚变能源做好了准备。

次年,在英国肯特郡,英国物理学家研发了一种新型反应堆,称为JET,它具有可控核聚变能源的能力,并被认为是核聚变能源发展史上的里程碑,它不仅实现了可控的核聚变,而且证明了可控核聚变能源的可行性。

目前,随着科学家们在核聚变技术上的不断努力和成就,可控核聚变能源在国际上受到普遍好评,它被认为是解决代替燃料能源短缺、资源逐渐枯竭以及低碳经济发展的可能性之一。

未来,可控核聚变能源将继续发展,为全世界带来更多的环境和经济发展可能性。

新一代核能技术——核聚变简介

新一代核能技术——核聚变简介

新一代核能技术——核聚变简介近年来,随着全球能源需求和气候变化的关注度越来越高,人们对于能源的研究和应用也越来越重视。

而核能作为一种高效、清洁的能源形式,一直备受关注。

在核能领域,核聚变是一种新兴的技术形式,被誉为“世纪能源之王”,具有极高的研究和应用价值。

核聚变是一种将轻核素聚合成重核素的核反应。

这一融合过程与核裂变相反,不会产生放射性废料,有望成为一种具有清洁和安全特点、能够为人类持续供应大量能量的能源形式。

核聚变技术始于20世纪40年代,从此以来一直受到全球科学家的密切关注。

经过了数十年的研究和试验,科学家们已经成功实现了核聚变反应,并向实现可控制和可持续的领域迈进。

目前,全球正在进行着大量的核聚变实验和研究,以探索该技术的更多潜能,尤其是在能源供应方面。

目前,工程能实现可控的热核聚变反应,能够产生大规模的能源。

高温等离子体实现的热核聚变反应是核聚变的最主流技术,其温度可达到上千万度。

在发展过程中,科学家们很快发现,核聚变技术的最大难题就是如何掌控这一异常高温的等离子体燃烧过程,避免其泄漏或熔化反应堆的外壳。

因此,全球科学家们共同探索着更安全、更实用的核聚变技术。

在新一代核聚变技术的发展中,超导磁控制聚变(简称“磁聚变”)和惯性约束聚变(简称“惯性聚变”)被认为是最值得期待的技术形式。

磁聚变是一种利用磁场将等离子体纳入容器中,实现对等离子体的约束和控制,从而进行燃烧的一种核聚变技术。

超导磁体是这一技术的核心设备,其能够有效地约束等离子体,在高温条件下保持气体状态,避免其泄漏和熔化反应堆的外壳。

磁聚变技术的研究相对成熟,已经在世界范围内得到了广泛应用。

较为著名的磁聚变实验设施有ITER(国际热核聚变实验堆)和JET(欧洲热核聚变实验堆)等。

相较而言,惯性聚变技术尚处于实验阶段,其最主要的特点是利用高功率激光器将小型盘状聚变物料瞄准并同步压缩,从而实现核聚变反应。

惯性聚变技术在可持续能源方面具有巨大的潜力,因为它具有适应性强和实现成本低等优势。

可控核聚变能源发展史

可控核聚变能源发展史

可控核聚变能源发展史
可控核聚变能源是一种旨在实现永久清洁能源的技术。

其发展历程可以追溯至20世纪50年代,当时科学家们开始了研究实现可控核聚变的尝试。

随着时间的推移,这项技术逐渐发展成为当今世界一个备受关注的领域。

在可控核聚变能源的发展历史中,有许多里程碑事件。

其中最重要的一项是1983年开始的国际热核聚变实验堆(ITER)计划。

此计划旨在建造一个可供研究和实验的大型核聚变反应堆,从而进一步推动技术的发展。

在过去几十年中,可控核聚变能源的研究取得了巨大的进展。

许多国家都加入了这一领域的研究和开发工作,包括美国、欧盟、日本、中国等。

这些国家团结合作,在研究和开发可控核聚变能源方面取得了一系列突破。

虽然可控核聚变能源的研究仍面临许多挑战,但人类已经取得了重要的进展,为实现清洁能源做出了不可磨灭的贡献。

随着技术不断进步,相信可控核聚变能源将会成为人类实现清洁能源的重要手段之一。

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核聚变科技的发展和应用

核聚变科技的发展和应用

核聚变科技的发展和应用随着世界能源需求日益增长,全球对于清洁、高效能源的需求与日俱增。

而核聚变科技正是当前能源领域的热门话题之一。

本文将介绍核聚变科技的发展历程、原理及其应用前景。

一、核聚变科技的发展历程核聚变是指将两个轻核聚合成一个重核的过程,这个过程需要大量的温度和压力,当温度达到数百万度时,氢原子核间的斥力就被克服了,从而实现聚变。

聚变后的重核释放的能量与原子核所带的电荷成反比,因此,相比于核裂变,聚变所产生的辐射量更少,也更容易控制。

核聚变被认为是未来最为可靠的能源来源之一。

核聚变的研究始于上世纪五十年代,当时人们第一次在实验室中实现了氢原子核聚变。

由于该技术需要非常高的温度和压力,一直以来都是难以实现的,直至目前为止也没有一个国家能够在商业层面上成功应用核聚变技术。

二、核聚变的原理核聚变技术的核心是星际物质的核聚变反应,其中所有质量和逃逸速度都高得惊人。

但地球上无法达到这样的条件。

目前我们所面临的主要难题是如何确保离子被加热到温度足够高,以保证聚变反应不断进行。

因此,科学家们需要凭借目前最先进的制造技术来建造一台能够将氢与氦牢牢固定在强磁场中热到几千万度以上的设备。

核聚变的原理很简单,将两个轻氢核融合成一个氦原子核,同时释放出能量。

核聚变可以产生干净、不生成放射性物质的能量,并且燃料——氢——的储量丰富。

三、核聚变技术的应用前景核聚变是人类梦寐以求的清洁环保、万能能源,若被广泛应用,将会替代化石能源,减少全球温室气体排放,降低人类对环境的破坏。

当然,制造核聚变设备需要巨大的投资,目前也没有一个国家能够在商业层面上成功应用核聚变技术,因此,核聚变仍然处于实验室阶段。

但目前国际上有多个国家专门的科研团队正在进行核聚变技术的研究,希望能够将这项技术尽快应用于现实生活中。

另外,值得一提的是,核聚变技术的应用不仅限于能源领域,其在医学领域也有广泛的应用前景。

事实上,核聚变技术已经被用于诊断和治疗癌症,从而帮助拯救更多患者的生命。

核聚变发展史

核聚变发展史

1 绪论1.1聚变能能源作为社会进步的三大支柱之一,是社会进步和人民生产生活所需的基本条件。

伴随着社会的发展,特别是我国现阶段的快速发展,对能源的需求更加旺盛。

能源问题不仅关系我们国家未来的发展,更关系到人类未来的发展方向。

能源问题与民生国事紧密相联,国家要发展,能源结构和能源体系必需合理完整。

而我国的能源体系发展比较畸形,化石燃料的应用比例较高。

就电力系统而言,煤电所占比重超过70%。

目前,全世界每年新探明的石油储量小于当年的开采量,呈现了石油的总危机。

煤的储量比石油丰富。

然而,这类化石燃料的资源终究很有限的。

目前已知可利用的化石燃料热值估约100 Q(1 Q=1.05×102 J),设全球每年消费能量1 Q(为目前的5倍),只敷百年之用。

自从20世纪中叶开始建立裂变原子能电站以来,至今它已发展为成熟的技术。

虽然核裂变燃料(铀)的热值比碳氢燃料高得多,但是根据目前的估计,对于有开采价值的铀矿来说,即使应用增殖堆来增殖燃料,其可利用的热值总数200 Q,也只够两个世纪的需要。

通过各种能源的应用比较,许多人认为要想最终解决人类的能源问题,必须大规模的发展核能。

核能的应用主要有两种方式:核裂变和核聚变。

而核聚变仍热存在原燃料枯竭和环境污染等问题,所以能源问题的最终解决途径还得归结到核聚变的发展。

而核聚变最大的优势之一是其丰富的燃料储量,其来源是海水蕴含极丰富的氢元素的同位素氘和氚。

1克氘完全燃烧相当于8吨煤燃烧所释放的能量。

因此,核聚变即是清洁的、又是用之不竭的能源。

因此,有必要发展受控热核聚变以弥补化石燃料与核裂变燃料带来的能源缺点。

受控热核聚变的燃料是重氢-氘,它普遍地存在于自然界的水中。

重水(D2O)约占水分子数的七千分之一。

聚变燃料具有很高的热值,1公斤氘相当于4公斤的铀(235U),8600吨汽油,或11000吨煤,也就是1桶水的聚变能抵400桶的汽油。

全地球水的总聚变潜能为1.5×1010Q,足供人类使用百亿年,超过迄今为止地球的历史年龄。

恒星内部核聚变过程,准确的,写全,从氢到铁,有必要会加悬赏

恒星内部核聚变过程,准确的,写全,从氢到铁,有必要会加悬赏恒星中轻元素的形成:这样星体就处于一段时期的平横状态(比如太阳),时间可持续高达1百亿年!当参与熔合反应的核被烧尽后,对外压力减小,引力坍塌又开始,温度继续升高,直到更重的核开始燃烧,这样反复进行,形成了恒星...追答:结束了正常的核聚变生命之后,留下的致密核心。

一茶匙白矮星物质就重达10吨左右。

白矮星的质量上限为太阳的1.4倍;更大的恒星在生命结束之后会坍缩成更致密的中子星或黑洞。

计算机模拟表明,热量产生的对流能够将恒星外层的氢带入到氦包层中,产生一阵短暂的核聚变闪光。

这会引起亮度的突然增加。

最初的计算机模型暗示,这一系列可观测的事件将持续超过几百年。

“樱井天体仅在几年之内就经历了这一系列事件的第一个阶段——比我们的预期快了100倍——因此我们不得不修正我们的模型,”泽吉尔斯达说。

修正后的模型预言,恒星能够迅速重新加热,并且开始电离周围区域中的气体。

“这就是我们在最新的VLA观测中看到的现象,”泽吉尔斯达说。

“理解这一过程是重要的。

樱井天体已经将大量内核中的碳元素,以气体和尘埃颗粒的形式抛入了太空。

这些碳会进入新的恒星形成区域,尘埃颗粒会凝聚在一起形成新的行星。

一些在陨石中找到的碳质颗粒显示了与樱井天体一致的同位素比例,我们认为它们也许来源于一次同样的事件。

我们的结果暗示,宇宙中这类碳元素源要远比我们之前猜测的更为重要,”泽吉尔斯达补充说。

科学家们会继续研究樱井天体,抓住这次罕见的机会来研究重新点火的过程。

就在这个月,他们利用VLA进行了最新的观测。

他们的新模型预言,这颗恒星将会快速变热,然后再缓慢冷却,大约在2200年降回到现在的温度。

他们认为在它开始最终冷却为一个恒星残渣之前,还会出现另外一次重新加热时期。

泽吉尔斯达的工作伙伴包括了曼彻斯特大学和波兰哥白尼大学的Marcin Hajduk;美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Falk Herwig;比利时皇后大学和皇家天文台的PeterA.M. van Hoof;德国欧南台的Florian Kerber;奥地利因斯布鲁克大学的Stefan Kimeswenger;比利时皇后大学的Don Pollacco;英国基尔大学的Aneurin Evans;墨西哥国立自治大学的Jose Lopez;英国乔德班克天文台的Myfanwe Bryce;英国兰开夏中部大学的Stewart P.S. Eyres;以及英国曼彻斯特大学的Mikako Matsuura。

可控核聚变的研究及发展

可控核聚变的研究及发展可控核聚变研究的起步可以追溯到上世纪50年代初。

当时,苏联科学家I. E. Tamm和A. D. Sakharov独立提出了磁约束核聚变的概念,即使用磁场来约束和控制等离子体,以实现核聚变反应。

这一概念随后得到了美国科学家的进一步研究和发展。

目前,两种主要的可控核聚变技术在全球范围内得到了广泛研究和开发,分别是托卡马克和球式聚变装置。

托卡马克是最常见的可控核聚变装置之一、它采用了磁约束的方法,通过强大而复杂的磁场将等离子体约束在一个闭合环形容器内。

在容器中,通过加热等离子体将其达到所需的温度和密度,进而实现核聚变反应。

国际热核聚变实验反应堆(ITER)是目前规模最大的托卡马克实验装置,合作参与国包括欧洲、美国、日本等,致力于验证可控核聚变及其商业可行性。

球式聚变装置则是一种相对较新的可控核聚变技术。

它采用了惯性约束的方法,将聚变所需的燃料颗粒包封在一个微米量级的固体外壳中,并通过激光或粒子束将其加热和压缩至极端状态,从而实现核聚变反应。

球式聚变装置的尺寸较小,可以更灵活地进行实验和研究。

国际热核聚变实验验证装置(NIF)是目前最大的球式聚变装置,通过激光束驱动固体靶点来产生高能量和高温度条件。

可控核聚变研究的核心挑战之一是达到高温和高密度等离子体的控制。

核聚变需要将氢同位素加热至数亿度的温度,并将其约束在高密度的条件下以实现热核反应。

磁约束和惯性约束是在不同装置中采用的两种不同的约束方法,它们都面临着技术和工程上的挑战。

除了技术上的挑战,可控核聚变还面临着经济和环境的挑战。

目前的研究中,仍然需要输入大量的能量来维持和加热等离子体,并且还没有找到有效的方法来使聚变产生的能量多于投入的能量。

此外,可控核聚变也需要解决相关的工程问题,例如材料的耐受性和冷却系统的设计。

这些挑战需要进一步的研究和发展。

核聚变过程

核聚变过程核聚变(nuclear fusion),又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应。

核是指由质量小的原子,主要是指氘,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。

原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。

核聚变是核裂变相反的核反应形式。

科学家正在努力研究可控核聚变,核聚变可能成为未来的能量来源。

核聚变燃料可来源于海水和一些轻核,所以核聚变燃料是无穷无尽的。

人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

核聚变,即轻原子核(例如氘和氚)结合成较重原子核(例如氦)时放出巨大能量。

因为化学是在分子、原子层次上研究物质性质,组成,结构与变化规律的科学,而核聚变是发生在原子核层面上的,所以核聚变不属于化学变化。

热核反应,或原子核的聚变反应,是当前很有前途的新能源。

参与核反应的轻原子核,如氢(氕)、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应(参见核聚变)。

热核反应是氢弹爆炸的基础,可在瞬间产生大量热能,但尚无法加以利用。

如能使热核反应在一定约束区域内,根据人们的意图有控制地产生与进行,即可实现受控热核反应。

这正是在进行试验研究的重大课题。

受控热核反应是聚变反应堆的基础。

聚变反应堆一旦成功,则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

冷核聚变是指:在相对低温(甚至常温)下进行的核聚变反应,这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变(恒星内部热核反应)而提出的一种概念性‘假设’,这种设想将极大的降低反应要求,只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚,或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或者让中子定向输出,就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应,同时也使聚核反应更安全。

可控核聚变 纪录

可控核聚变纪录可控核聚变是一种利用高温和高压将氢同位素聚变为氦,释放大量能量的核反应。

这一技术有望成为未来的清洁能源之一,因为它不会产生大气污染物和长寿命放射性废物。

本文将介绍可控核聚变的基本原理、发展历程和前景。

可控核聚变是通过将氢同位素(氘和氚)加热至高温、高压条件下进行的。

当氢同位素聚集到极高能量状态时,它们会发生核反应,将氢同位素聚变为氦。

这个过程释放出大量的能量,而且废物只有氦气,没有任何环境污染。

可控核聚变的核心技术是磁约束,即利用强大的磁场将等离子体牢固地困在一个容器中。

由于等离子体具有电荷,它会受到磁场力的作用,从而形成一个稳定的磁束。

这样一来,等离子体就不会接触到容器壁,避免了能量损失和容器破裂的风险。

研究可控核聚变的历史可以追溯到20世纪50年代。

当时,科学家们开始意识到核聚变可能是一种可行的能源来源,并致力于解决核聚变的关键问题。

然而,由于技术、经济和政治等多方面的原因,可控核聚变的研究一直处于较慢的发展阶段。

直到20世纪90年代,国际热核聚变实验堆(ITER)的建设开始,可控核聚变的研究才迎来了重大突破。

ITER是一个由35个国家合作建设的大型核聚变实验装置,旨在验证可控核聚变的可行性。

通过ITER的研究,科学家们不断优化和改进可控核聚变的技术,为未来实现商业化应用奠定了基础。

如今,可控核聚变正逐渐进入实用化阶段。

许多国家和地区都在进行可控核聚变相关的研究和项目建设。

除了ITER,还有一些新兴的可控核聚变实验装置如SPARC、W7-X等也取得了重要进展。

这些实验装置的建设和运行不仅帮助我们深入了解可控核聚变的物理过程,还提供了新的思路和技术路线。

可控核聚变的前景非常广阔。

一方面,可控核聚变具备清洁、安全、可持续等优势,可以满足人们对大量清洁能源的需求。

另一方面,可控核聚变技术还可以解决现有能源的短板,如输电损耗、能源供应不稳定等问题。

因此,可控核聚变被广泛认为是未来能源体系的重要组成部分。

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1 绪论1.1聚变能能源作为社会进步的三大支柱之一,是社会进步和人民生产生活所需的基本条件。

伴随着社会的发展,特别是我国现阶段的快速发展,对能源的需求更加旺盛。

能源问题不仅关系我们国家未来的发展,更关系到人类未来的发展方向。

能源问题与民生国事紧密相联,国家要发展,能源结构和能源体系必需合理完整。

而我国的能源体系发展比较畸形,化石燃料的应用比例较高。

就电力系统而言,煤电所占比重超过70%。

目前,全世界每年新探明的石油储量小于当年的开采量,呈现了石油的总危机。

煤的储量比石油丰富。

然而,这类化石燃料的资源终究很有限的。

目前已知可利用的化石燃料热值估约100 Q(1 Q=1.05×102 J),设全球每年消费能量1 Q(为目前的5倍),只敷百年之用。

自从20世纪中叶开始建立裂变原子能电站以来,至今它已发展为成熟的技术。

虽然核裂变燃料(铀)的热值比碳氢燃料高得多,但是根据目前的估计,对于有开采价值的铀矿来说,即使应用增殖堆来增殖燃料,其可利用的热值总数200 Q,也只够两个世纪的需要。

通过各种能源的应用比较,许多人认为要想最终解决人类的能源问题,必须大规模的发展核能。

核能的应用主要有两种方式:核裂变和核聚变。

而核聚变仍热存在原燃料枯竭和环境污染等问题,所以能源问题的最终解决途径还得归结到核聚变的发展。

而核聚变最大的优势之一是其丰富的燃料储量,其来源是海水蕴含极丰富的氢元素的同位素氘和氚。

1克氘完全燃烧相当于8吨煤燃烧所释放的能量。

因此,核聚变即是清洁的、又是用之不竭的能源。

因此,有必要发展受控热核聚变以弥补化石燃料与核裂变燃料带来的能源缺点。

受控热核聚变的燃料是重氢-氘,它普遍地存在于自然界的水中。

重水(D2O)约占水分子数的七千分之一。

聚变燃料具有很高的热值,1公斤氘相当于4公斤的铀(235U),8600吨汽油,或11000吨煤,也就是1桶水的聚变能抵400桶的汽油。

全地球水的总聚变潜能为1.5×1010Q,足供人类使用百亿年,超过迄今为止地球的历史年龄。

就拿较易实现的氘-氚聚变来说,再生氚所需要的锂(6Li)也足够用千年。

因此,可以说,如果受控热核聚变能够实现将为人类提供取之不尽的新能源。

目前,就燃料成本来说(按热值计),氘比煤便宜千倍,比石油便宜万倍[1]。

核聚变与核裂变相比较,除了其燃料无比丰富与价廉之外,还有放射性污染相对少的优点。

聚变过程中的氚虽是放射性元素,但其半衰期比较短(12年),且其放射性低,生物效应也较弱,比起裂变碎片的放射性处理要简单得多。

但聚变堆与裂变堆中都有经中子撞击而激活的结构物质,这就必须要设置屏蔽物进行有效屏蔽。

除了纯聚变反应堆以外,也有可能使用聚变-裂变混合堆,它利用聚变产生的强大中子流,使裂变堆中的238U或232Th转换为239Pu或233U,成为有用的裂变燃料。

并且14MeV的中子也能引起238U裂变的能量输出倍增效应。

它使聚变有增益的条件放宽,较易实现。

因此,发展聚变能是社会向前发展的根本动力,是解决当今社会存在的各种各样能源问题和环境问题的最终途径。

所以研究核聚变,使它成为可控的、安全的、清洁的高品质能源。

1.1.1国际受控核聚变的发展史在1919年,英国物理学家、质谱仪的发明者阿斯顿(F.W.Aston)在试验中发现氦-4质量比组成氦的四个氢原子质量的总和大约小1%左右,根据爱因斯坦的质能方程所知,其质量差和光速的平方的乘积与四个氢原子结合成一个氦原子时所释放的能量相当。

著名的物理学家卢瑟福也几乎在同时证明了足够大量的轻原子核相互碰撞可以发生核反应,但在1933时他又宣布:从原子中寻找能源无异于痴人说梦。

1929年,阿特金森(Atkinson)和奥特麦斯(Houtermans)从理论上计算了氢原子在几千万度高温下聚变成氦原子的可能性,为以后的核聚变奠定了理论基础[2]。

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,实现了第一个D-D核聚变反应。

1942 年美国普渡大学的施莱伯(Schreiber )和金(King),首次实现了D-T 反应。

第二次世界大战时,曼哈顿计划的成功实施,科学家们也在逐步的观察核聚变发应的可能性。

通过科学家们不断的努力实验研究,终于于1952年11月1日在西太平洋埃尼威托克岛秘密爆炸了一颗氢弹,爆炸时产生的巨大能量标志着人类成功的实现了核聚变。

但同时,有一个问题困扰了世界上的科学家,那就是如何能够使核聚变缓慢的释放聚变能,能够像核裂变一样转换成电能为人类提供生产生活所必需的能源?1951年的时候,阿根廷科学家称他们已经成功的实现了可控核聚变,虽然后来被证明是错误的,但也为世界上的科学家们提供了很多有用的研究信息[3]。

20世纪50年代的时候,世界上很多国家都秘密的展开了对核聚变的相关研究。

当时核聚变研究处于世界领头羊的是美国和苏联,1952年的时候,物理学家库幸和沃尔建造小型等离子体环形箍缩装置,后来由建造了一种比较稳定的大型箍缩装置ZETA,从1954年一直使用到1958年。

在苏联,受控核聚变也在高度保密的情况下有条不紊的进行。

在冷战结束,即1956年,苏联最高领导人赫鲁晓夫访问英国,正式标志着核聚变研究国际合作的开始。

但正式的开始却是1958年在日内瓦召开的原子能国际大会,大会正式决定展开国际合作与交流。

但是在此后的10年时间内核聚变研究进展一直缓慢,令各国都很困惑,相比于核裂变从发现到应用的时间,核聚变的进展一直慢的出奇。

直到苏联物理学家塔姆和萨哈罗夫在托卡马克装置上取得非常好的等离子体参数,后来英国卡拉姆实验室主任亲自带最先进的激光散射设备证实了托卡马克装置拥有比塔姆等报告的参数还要高的温度后,托卡马克就逐渐成为了国际磁约束核聚变烟酒的主要设备,同时也在世界范围内掀起了托卡马克的研究热潮。

在托卡马克研究取得巨大的进展时,受控核聚变也取得了巨大的成功。

1991年,在欧洲的JET装置上首次获得了1.7WM的聚变能[4]。

紧接着,在1993年,在美国的TFTR上获得了氘氚作为燃料的10WM的聚变能。

1997年,在欧洲的JET获得了16WM的聚变能。

为了在核聚变方面取得更多的成就,国际上开展了第二次核方面的合作。

1985年,在美国和苏联的倡导下,加上成员国日本和欧盟。

有他们共同出资合作设计了国际热核实验反应堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,缩写为ITER)。

建造ITER的目的就是看是否能够建造核聚变反应堆。

进入21世纪后,中国、韩国和印度也相继加入ITER计划,使得该计划的研发能力的到加强。

为了解决人类的能源问题,受控核聚变从遐想、各国的秘密研究再到国际间的规模性合作。

核聚变经历相当的慢长时间,ITER的建造,使得该研究终于看到了一点曙光,也使得人类的能源问题有了一点希望。

在磁约束聚变取得进步的同时,惯性约束聚变也取得了前足的进步。

从60年代激光器问世以后,我国的核物理科学家王淦昌和前苏联的巴索大院士分别独立的提出用强激光器来引发核聚变反应的设想。

从此以后,世界上研究核聚变的国家争相开展了用强激光引发的核聚变,称之为激光惯性约束核聚变(ICF)。

目前ICF还是处于科学实验室研究阶段。

美国制订了一系列核聚变的发展计划,1994年11月,被称为“国家点火设施”的激光核聚变计划正式签发[5]。

法国授权原子能委员会进行“兆焦耳激光 (LMJ)”的研究和发展阶段计划。

最近关注美国国家点火装置(NIF)进展情况的英国科学家,计划在英国兴建世界首座核聚变发电站,并表示有望在20年内投产。

1.1.2 中国受控核聚变的发展史从二十世纪五十年中期开始,我国就进行了核聚变方面的研究,主要的研究集中在两个研究基地中进行,即核工业西南物理研究院和中科院等离子体物理研究所。

1984年,中国自主研究的环流器一号投入运行,1994年,中科院等离子体所研制出HT-7超导托卡马克,使我国成为第四个拥有超导托卡马克的国家[6]。

2002年,成都核工业西南物理研究所成功建成环流器二号并投入运行。

2005年,我国建成了世界首个非圆截面全超导托卡马克——EAST实验装置。

随着中国在核聚变方面的研究取得越来越好的成绩,我国在国际核聚变研究中占据越来越重的地位[7]。

我国不仅在惯性约束聚变方面取得长足的进步,在惯性约束聚变方面,由于我国先进的激光技术,也取得了令人喜悦的成绩,我国惯性约束聚变的研究主要集中在“神光”系列方面的研究[7]。

EAST的相关状况:最近2006年1月,EAST完成了预总装,2月20日进入抽真空和降温、通电实验阶段。

EAST在2007年1-2月的第二轮等离子体放电实验中,获得了稳定、可控具有大拉长比的偏滤器位形等离子体放电,最大等离子体电流达0.5MA,在0.2MA等离子体电流下最长放电达9秒,并成功完成了磁体、低温、总控和保护、等离子体控制等多项重要工程测试和物理实验。

2008年5月12日,在EAST装置真空室内部组件安装总体验收会上,等离子体所李建刚所长宣布EAST装置真空室内部组件安装全面胜利完成[8]。

2009年11月13日,EAST/HT-7低温系统改造工程的子工程“液氮传输线改造工程”顺利竣工,已成功实现液氮传输功能。

HT-7的相关状况:2005年12月14日,HT-7获得了1000万摄氏度、持续306秒的等离子体放电。

2007年4月13日,HT-7原有的数据服务器系统完成了大规模的升级,新数据服务器系统由5台专业服务器组成[9]。

2007年5月6日,为完成HT-7实验要求,离子回旋高频发射机末级系统与HT-7托卡马克装置成功连接,取得了输入功率为370KW的可喜成绩。

2008年3月21日凌晨,HT-7物理实验再次创下新纪录:连续重复实现了长达400秒的等离子体放电,电子温度1200万度,中心密度0.5×1019立方米。

这是目前国际同类装置中时间最长的高温等离子体放电。

2009年11月13日,EAST/HT-7低温系统改造工程的子工程“液氮传输线改造工程”顺利竣工,已成功实现液氮传输功能。

1.2受控核聚变的发展阶段在过去的的50多年的受控核聚变的研究中,大致可以分为六个阶段:第一阶段,各国科学家相继发明各种类型的聚变装置;第二阶段,美国、苏联、英国等国在极其保密情况下开展激烈竞争;第三阶段,各国开始对部分核聚变解密并将重点转移到对高温等离子体基本性质的研究;第四阶段,世界范围内出现托卡马克研究热潮并不断取得重要进展;第五阶段,国际合作研究热核聚变实验反应堆;第六阶段,激光核聚变等大量惯性约束核聚变装置的发展。

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