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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。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),

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