核聚变――人类理想的新能源

1、核聚变人类理想的新能源 1班 号专业:班级:姓名:学号:辅导老师:核聚变人类理想的新能源论文 在如今这个快速发展是时代, 能源危机已经出现, 人口的急剧增 加,工业的快速发展,使能源消耗更加迅速,人类已经不得不寻找新 的能源来解决能源危机了。 目前, 世界上所有的国家几乎都是以化石 能源作为国家发展的动力,但是,化石能源毕竟有限,而且对环境污 染也非常严重。寻找新能源迫在眉睫。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”走到“核能文明” 。原子弹、氢弹的爆炸,使人 们认识到原子核内蕴含着巨大的能量, 核

2、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。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 个疑惑直到爱因斯坦提出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, 释放出巨大的核变能, 其中极小的一部分 来到了地球,成为地球一切生命和能量之源。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的能量, 但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限,不

3、仅其强大辐射会伤害人体,而且废料也很难处理,可能 遗留千年。而核聚变却没有核裂变那样严重的“后遗症” 。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, 而其辐射却少得多, 而且核聚变燃料可 以说取之不竭,用之不尽的。氢弹威力无比,但却无法控制,一旦释 放就无法挽回,是否可以控制核聚变,使之缓缓释放,造福人类呢? 太阳的光和热都是太阳内部的热核聚变产生的, 所以可控核聚变 又被人们称为“人造太阳” 。它是人类迄今为止发现的最为理想的新 能源。 它的储量十分丰富, 全世界的海水都是它的原料; 它清洁干净, 它不产生污染环境的核辐射和核废料; 它安

4、全稳定, 它可以在稀薄的 气体中持续稳定的运行。 现在最为关键的是要制造出能够承受一亿摄 氏度高温的新材料,因为核聚变只有在一亿摄氏度高温下才能进行。 对此,当今世界主要大国都在自主或联合攻关研究。目前,实现可控 核聚变的方式主要有:磁约束核聚变(托卡马克 ,激光约束(惯性 约束核聚变,超声波核聚变。目前所知的所有能源中, 核能是高效无污染的理想能源。 他不会 像太阳能一 样受天气影响,也不会像风能一样受风力影响,更不会 像潮汐能一样受潮水大小 和时间的影响。 核能是指由于原子核内部 结构发生变化而释放出的能量。 另一种定义是说核 反应或核跃迁时 释放的能量。例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大

5、能。 核能与核 技术目前正处于成长和成熟时期, 其主要标志是基础核技术与核 军 事技术已趋于成熟,形成产业,并且具有相当可观的价值。而其他方面尚有大量 的新领域正待开发,世界各国却大量投入人力、物 力进行开发,经济效益和社会 效益激增。 而且一些核研究人员和科 学家估测目前核技术应用的开发仅为其最大 技术潜力的 30% 40%,核能与核技术强大的技术优势决定了其强有力的生命 力, 是 其他技术无法取代的。 它在解决人类面临的一些重大问题, 如能 源、 环境、 资源、人口和粮食等方面具有极为重要的作用,而且对 于传统行业的改造和促进 新技术革命的到来将产生深远影响。 。 因 此,我们如果去研究核

6、聚变并且能够控制核聚变将之用做我们的能 源,那么我 们就更成功的解决了能源问题,环境问题,同时还节省 了大量资金。世界上一些 强国都联合起来正在研究如何控制核聚变 (包括中国 ,我们有望在 2027 年成功 的掌握核聚变。自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚 变,这种反应在太阳上已经持续了 50亿年。氘在地球的海水中藏量 丰富,多达 40万亿吨,一公升海水里提取出的氘,在完全的聚变反 应中可释放相当于燃烧 300公升汽油的能量;如果全部用于聚变反 应, 释放出的能量足够人类使用几百亿年, 而且反应产物是无放射性 污染的氦。理论上, 只需要 1千克氘和 10千克锂, 就能以 100

7、0兆瓦的功率 发电 1天或者你更愿意烧上 1万吨煤?即使考虑运营成本、 打上 很多折扣,核聚变的能量产出也非常可观。一旦实用化,人们可以完 全不必担忧“几百年里石油会用光”之类的事。而且石油的分布太不 均匀,国际上很多麻烦由此而起,人们如果不再依赖它,也许会相处得和睦些。 另外, 由于核聚变需要极高温度, 一旦某一环节出现问题, 燃料温度下降,聚变反应就会自动中止。也就是说,聚变堆是次临界 堆,绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核(裂变电站的事故,它 是安全的。因此,聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。受 控热核聚变能的大规模实现将从根本上解决人类社会的能源问题。 实现核聚变的前提是反应物

8、质能够稳定的实现聚变。 但是, 控制 反应物质又成为一个难题。目前知道的约束反应物质(等离子体的 途径:重力约束、惯性约束、磁约束。而磁约束是现在的主要研究方 向。 提高磁笼约束等离子体能量的能力, 这是论证实现磁约束核聚变 的科学可行性的第三个主要内容。 除了验证科学可行性外, 建设一个 连续运行的聚变反应堆还需要解决加料、排废、避免杂质、中子带出 能量到包层、 产氚及返送以及由于聚变反应产生大量带电氦原子核对 等离子体的影响等一系列科学和工程上的难题。 磁约束是利用强磁 场可以很好地约束带电粒子这个特性, 构造一个特殊的磁容器, 建成 聚变反应堆, 在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温,

9、实现聚变反 应。国 际 热 核 聚 变 实 验 反 应 堆 计 划 (International Thermonuclear Experimental Reactor, 简称 ITER 与国 际空间站、 欧洲加速器、 人类基因组计划一样, 是目前全球规模最大、 影响最深远的国际科研合作项目之一。 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。1985年,由美苏首脑提出了设计和建造国际热核聚变实验堆ITER 的倡议；也被称为“人造太阳”计划。 合作承担 ITER 计划的 7 个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、 日本、印度和美国，这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲 国家，覆盖的

10、人口接近全球一半。为建设 ITER，各参与方专门协商 组建了一个独立的国际组织， 各国政府首脑在过去几年中都采取不同 方式对参加 ITER 计划作出过正式表态。这些都是国际科技合作史上 前所未有的，充分显示了各国政府和科技界对该计划的高度重视。 国际聚变界普遍认为， 今后实现聚变能的应用将历经三个战略阶 段，即：建设 ITER 装置并在其上开展科学与工程研究(有 50 万千瓦 核聚变功率，但不能发电，也不在包层中生产氚；在 ITER 计划的基 础上设计、建造与运行聚变能示范电站(近百万千瓦核聚变功率用以 发电，包层中产生的氚与输入的氘供核聚变反应持续进行；最后,将 在本世纪中叶(如果不出现意外

11、建造商用聚变堆。 我国是一个能源大国， 在本世纪内每年的能耗都将是数十亿吨标 煤。由于条件限制，在长时间内我国能源生产都将以煤为主，所占比 例高达 70%。 考虑到我国社会经济的长期可持续发展， 我们必须尽快 用可靠的非化石能源（如核裂变或核聚变能、太阳能、水能等）来取 代大部分煤或石油的消耗。因此，必然应该在能力许可范围内积极开 展核聚变能的研究， 尽可能地参加国际核聚变能的大型合作研发计划 （如 ITER 计划） 。我国参加 ITER 计划是基于能源长远的基本需求。 核聚变的发现和发展，得益于许多诺贝尔科学奖获得者的贡献。 它得益于 1921 年诺贝尔物理学奖获得者爱因斯坦质能关系理论的启 示；它得益于 1922 年诺贝尔化学奖获得者阿斯顿质谱仪的帮助；它 得益于 1934 年诺贝尔化学奖获得者尤里核聚变基本元素