文档介绍：萨鲁世界's Archiver 萨鲁世界?烈日酒馆?国际热核聚变堆 ck7543 发表于 2010-3-17 00:09 国际热核聚变堆[i=s] 本帖最后由 ck7543 于2010-3-17 00:11 编辑[/i] [attach]25802[/attach] 核聚变同核裂变不同,核裂变是一个重原子核分裂成几个轻原子核的过程,核聚变是几个轻原子核聚合为质量更重的原子核的过程。目前世界上的核电站都是通过核裂变方式制造电能的,但是核聚变比核裂变能产生更多能量,而且更高效、清洁。最常见的核聚变是由氢的同位素氘和氚聚合成较重的原子核如氦而释出能量。核聚变有着诱人的前景。地球上蕴藏着丰富的核聚变原料。据测算,每升海水中含有克氘,所以地球上仅在海水中就有 45万亿吨氘。1升海水中所含的氘,经过核聚变可提供相当于 300 升汽油燃烧后释放出的能量。地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的 1000 万倍, 可以说是取之不竭的能源。如果把自然界中的氘用于聚变反应,释放的能量足够人类使用 100 亿年。至于氚,虽然自然界中不存在,但靠中子同锂作用可以产生, 而海水中也含有大量锂。其实早在约 100 年前,世界著名物理学家爱因斯坦就预见到在原子核中蕴藏着巨大的能量。 1939 年,美国物理学家贝特证实,一个氘原子核和一个氚原子核碰撞,结合成一个氦原子核,并释放出一个中子和兆电子伏特的能量。这个发现,揭示了太阳“燃烧”的奥秘。于是,制造一个装置,通过受控热核聚变反应获得无穷尽的新能源,成为全世界许多科学家的梦想。“这就相当于人类为自己制造一个或数个小太阳,源源不断从核聚变中得到能量。”国际热核实验反应堆(ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) 计划也被称为“人造太阳”计划,由欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度等 7方共同参与,与国际空间站、欧洲大型强子对撞机、人类基因组计划一样,是一个庞大的国际科技合作项目,需要多国科学家合作才能完成。其目的是借助氢同位素在高温下发生核聚变来获取丰富的能源。其原理类似太阳发光发热,即在上亿摄氏度的超高温条件下,利用氘、氚的聚变反应释放出核能。核聚变燃料氘和氚可以从海水中提取,核聚变反应不产生温室气体及核废料。由于原料取之不尽,不会危害环境,这一计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用核聚变能,从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程,因此, 意义和影响十分重大。专家认为,在核聚变反应堆里,氘、氚等原子聚合后,变成更重的原子。这和通过分裂而释放能量的核裂变截然不同,人们需要进行许多实验来了解有关反应的特性。此外,要在地球上使用受控的核聚变反应堆,就必须把气体加热到超过1亿摄氏度。这在工程和材料上的挑战将非常艰巨,据了解,要建造这一“人造太阳”,需要成千上万吨的混凝土和钢铁,而且还需要多种罕见的物质,比如铍、铌、钛和钨,以及低温液氮和液态氦。当然,最为关键的是,还需要大量核燃料。所有这些原料最终将会制造出国际热核聚变实验反应堆,从而在热核聚变领域取得重大突破。尽管热核聚变实验反应堆的概念非常简单,但是实现起来却是另外一回事。因为原子核在热核聚变时并不积极,每个原子核都带有一个正电荷,它们之间互相排斥。因此在常规状态下让两个原子核结合起来几乎是不可能完成的。只有达到惊人的高温,原子核才能获得足够的能量克服相互间的排斥,成功撞击,最终实现核聚变。太阳内部也是同样的场景。在太阳内部,热量产生自氢原子核的聚变。但是氢原子核只有温度达到开氏 1500 万度才会慢慢开始热核聚变。太阳内部核燃料的消耗非常缓慢,因此太阳的寿命已经持续了数十亿年。然而在核聚变电站,核燃料需要在人类的时间尺度上进行聚变,而不能按照宇宙时间尺度进行。相对来讲,氢的重同位素氘、氚比氢更容易燃烧,但是,要想让氘氚在国际热核聚变实验堆内充分燃烧,温度必须达到天方夜谭般的开氏 1 亿5千万度。如此高的温度将会带来一系列难以克服的工程难题。特别是,如何控制比太阳内核温度高十倍的电子和原子核高温离子体。即使最坚固的建筑材料都不能承受超过数百开氏度的温度。因此科学家提出通过磁场给高温等离子体编织一个“笼子”。ITER 采用了若干个小型热核聚变反应堆所采用的设计方法,在这些实验中已经实现了核聚变所需的恐怖高温。据悉,国际热核聚变实验反应堆将采用 1968 年由苏联人发明的托卡马克装置。托卡马克又称环流器,是一个由环形封闭磁场组成的“磁笼”,高温产生的等离子体就被约束在类似于面包圈的磁笼中。托卡马克装置通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境和超高温,并实现人类对聚变反应的控制。国际热核聚变实验反应堆中的托卡马克装置是一个