受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 核聚变与核裂变可以说是核能的一对孪生兄弟.氘的聚变反应是在1934年世界上第一台加速器投入运行后不久就实现的,而铀的裂变反应直到1938年底才被发现.然而,裂变能源的发展一帆风顺而聚变能源的探索却道路曲折.早在1942年就建成了具有功率输出的实验性裂变反应堆,50年代就建成了商用核电站.而核聚变直到最近才基本证明了它的科学可行性,90年代可建成具有功率输出的实验反应堆,要到21世纪初才能发展商用聚变核电站.这是因为实现受控核聚变的条件实在太苛刻了!首先要使等离子体达到1亿度的极高温度,并且维持足够长的时间,以便产生足够多的聚变反应,释放大量的能量.     

今日国外物理

 1 法国学者预言2050年建成受控核聚变核电站据法国《发展论坛报》报道,法国原子能委员会热核聚变研究领导人罗·德洛什预言,从2050年起,受控热核聚变将被制服.他认为,从1991年11月9日17时21分人类首次实现聚变实验到在核电站上采用,可能要花50年时间.而地球各种能源的储量为1万亿吨石油当量,只能够用140年。人们必须在核电站、增殖反应堆、热核聚变三方面想办法.若人类在2050年建成受控核聚变核电站,为3000年生产取之不尽、用之不竭的“人造太阳能”将成为现实.     

核聚变反应堆的探索

一、前 言 研究受控聚变的重要意义,在于可能建成核聚变反应堆,使轻核聚变释放的能量转变为电能加以利用,这为长远解决能源问题提供了一个很有希望的前景.近年来,在受控聚变的理论和实验研究取得进展的基础上,国外对于未来的聚变堆愈来愈多地开展了工程设计工作.1969年和1971年先后召开过两次国际性的聚变堆工艺会议[1,2].1973年也又召开了一次.现在,针对已有的几种主要类型的热核反应实验装置,差不多都提出了相应的聚变堆模型设计(或概念设计),说明聚变堆的设计研究已日益受到重视. 建立受控聚变反应堆有个基本条件,就是要求热核等离子体的…     

核能与聚变裂变混合能源堆

未来20年将是核能发展的一个关键时期.2035年左右,快堆有望投入商用;磁约束聚变、激光聚变、Z箍缩聚变也都有演示堆计划.聚变演示堆存在纯聚变与聚变裂变混合能源堆两种可能,而后者可降低聚变功率,缓解高能中子对材料的辐照损伤.另外,氘氚聚变供能时间有限.文章介绍了混合能源堆的概念.能源堆可充分利用铀资源,且后处理不涉及铀钚分离,有很好的防扩散性能.裂变堆、聚变堆、能源堆共同发展,可望使核能在不太长的时间内获得大规模应用,并可为人类提供千年以上的能源供应.     

国际热核实验反应堆(ITER)计划与未来核聚变能源

能源短缺和环境恶化是人类社会面临的共同挑战.由于资源丰富、环境友好和零碳排放,核聚变能源是未来的理想能源.上世纪90年代以来,磁约束核聚变研究取得重大进展,以建造国际热核实验反应堆(ITER)为标志,聚变能源开发进入工程实施阶段,如果ITER计划取得预期成果,有望在本世纪中叶实现核聚变能源商用化.     

取之不尽·用之不竭的理想能源——激光惯性约束核聚变

 能源,是人类生存活动中不可缺少的、重要的资源.几千年来人类为了求得生存和发展,不断地探求向大自然索取能源.二十世纪以来,人们开发利用了太阳能和原子能.原子能又分裂变能和聚变能.从四十年代起,裂变能已为人类所掌握和利用.五十年代开始,人们又在进一步探索聚变能的利用问题,已经有不少国家建造了受控核聚变研究装置,而且近年来的研究工作都有不同程度的进展,尤其是惯性约束核聚变的研究,目前又有新的突破.从前认为利用聚变能是遥远的事,而现在看起来要比从前乐观了许多.我国人口众多,能源缺乏.在人口稠密、工业发达的地区,常因能源问题、工厂开工不足致工业生产和人民生活,带来困难。     

弘扬两弹精神 铸就神光之魂

聚变是指两个轻核子结合成中Z（原子序数）核,同时释放大量能量的过程。聚变释放能量的大小由著名的质能方程E=△m0c^2决定。其中E、△m0、c分别为聚变释放的能量、质量亏损和光速。核聚变放能是宇宙能源的主要来源之一,太阳就是以其巨大的轻核聚变,源源不断地为地球送来宝贵的能源。而聚变反应又分为可控聚变反应和不可控聚变反应。我们知道要发生聚变反应,第一步必须使轻核处于等离子体态,即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中,由于高温,电子已获得足够能量摆脱原子核的束缚,原子核完全裸露,为核子的碰撞准备了条件。第二步必须使轻核处于高温状态,因为只有等离子体的温度达到几千万甚至几亿摄氏度时,     

国际热核实验反应堆计划及其对中国核能发展战略的影响

随着世界人口增长和经济持续发展,能源短缺问题变得越来越严峻,世界各国都在努力寻找煤、石油、天然气等化石能源的替代能源.核聚变能具有清洁、高效、资源丰富等优点,是最有希望解决人类能源问题的途径之一.文章指出了发展核聚变能的重要性,回顾了磁约束聚变研究的历程,简述了国际热核实验反应堆(ITER)计划的进展及中国的相关研究情况,最后对中国核能发展战略作出展望.     

托卡马克高约束运行模式和磁约束受控核聚变

磁约束受控核聚变是最终解决人类能源问题的有希望的途径之一.托卡马克的高约束运行模式可以大大降低下一代磁约束聚变实验装置和将来的聚变示范反应堆的规模和造价.文章简要介绍了托卡马克高约束模式的特征,实现条件及亟待研究解决的科学技术问题,包括触发高约束模式的物理机理,功率阈值与等离子体参数的关系等,以及在高约束运行模式下观察到的边缘局域模的驱动机制、控制或缓解技术等.     

Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆总体概念研究

中国工程物理研究院提出的Z箍缩驱动聚变-裂变混合能源堆(Z-FFR)概念,采用Z箍缩热核聚变产生的大量中子驱动次临界裂变堆而释放能量,集成了"局部整体点火"聚变靶、"先进次临界能源堆"等创新概念,在安全、经济、持久和环境友好等方面具有优良的品质,有望成为有效应对未来能源危机和环境气候问题的千年能源。简要回顾了国内外Z箍缩聚变能源(Z-IFE)的相关研究进展,介绍了中国工程物理研究院在Z-FFR方向的总体概念研究情况,从驱动器、聚变靶设计和次临界裂变堆三方面阐述了此能源系统的原理结构和运行特点,对其经济性进行了评估,同时提出了未来Z-FFR的发展路线图设想。     

谈谈受控核聚变

一、前 言 在阶级社会中,任何一门科学技术都是阶级斗争的工具.“受控核聚变”也不例外.这门学科的产生是同这种聚变反应能产生大量中子,可以用来生产钚,具有着重要的军事意义密切有关的.早在四十年代末,美、苏等国都为了自己的军事目的,在极为保密的条件下进行这项工作,都想利用这门科学技术来为本国政治服务.到了五十年代,由于裂变堆的迅速发展,中子的来源已不象初期那样困难;同时,人们从实践中认识到,要实现受控核聚变不是象当初认为的那样容易:用已经掌握的带电粒子在磁场中的行为、气体放电知识以及裂变堆的经验等还不行,必须从建立等…     

一种有希望的能源:聚变-裂变混合堆

文章阐述了聚变-裂变混合堆的物理计算。导出更普遍的纯聚变堆和聚变-裂变混合堆的电力得失相当条件和净电输出公式。确定的混合堆主要参数与纯聚变堆INTOR和快中子增殖堆Sup-er Phenix进行比较,证明了混合堆作为一种有希望的能源填补下世纪将要出现的能源空缺具有不少优越性。     

纪念H.P.Furth教授--回忆中美核聚变交流第一页

20 0 2年 2月 2 1日 ,美国普林斯顿等离子物理实验室 (ＰＰＰＬ)公告 :美国核聚变事业的巨星 ,ＴＦＴＲ项目 (环形聚变实验反应堆 )的开创人 ,ＰＰＰＬ的前所长Ｆｕｒｔｈ教授 ,因病逝世 .这是国际核聚变界的重大损失 .中国核聚变界也失去了一个亲切的良师益友 .2 4年前 (1978年 ) ,在“文革”封闭多年后 ,我参加了中国核物理和核聚变代表团访美 ,第一次认识了Ｆｕｒｔｈ教授 .2 0世纪 70年代是世界核聚变研究的关键年代 ,而ＰＰＰＬ是国际科技界注意的焦点 ,当然也是我们代表团考察的主要目标 .背景是 :世界各国在核聚变投入巨资 ,但几十年…     

核电和物理学

20世纪三四十年代，原子物理学家们发现中子轰击铀原子核的裂变现象并首次实现可控裂变链式反应，把世界带进了原子能时代．半个世纪以来核电已达到全世界电力的16％．目前99％以上都是热中子反应堆核电站。在大规模发展核电的情况下，比如说百GWe,必须加快快中子增殖反应堆的发展和推广，方无核燃料匮乏之虞。     

测量离子温度的中性粒子能谱仪

我们知道,获得原子能主要通过两种方式,即重元素的裂变反应和轻元素的聚变反应.氘和氚的聚变反应有着无比丰富的“燃料”来源,是人类解决能源的一个理想途径.国际上从五十年代开始就进行了大量的研究工作,争取实现可控的聚变反应.然而在实践中却碰到了意外的困难,困难的基本原因之一是它必须在1亿度以上的高温下进行.这是因为原子核在互相接近时必须克服库仑斥力,即使象氘和氚这样的轻元素,也必须具备10千电子伏以上能量,才能互相接近,发生核的聚台.而且理论分析表明,必须使整个燃料的原子核都达到这样大的能量,才有可能获得能量的收益,这就…     

中国激光惯性约束奠基人——王淦昌

激光惯性约束是实现核聚变的方式之一，产生于20世纪60年代。目前世界许多国家在此项研究上投入大量人力、物力，以期在受控核聚变方面取得突破，从而解决困扰人类的能源问题。我国是最早开展此项研究的少数几个国家之一，90年代初就把该项研究列入国家“863”计划，至2000年我国的激光惯性约束研究已取得重要进展，建立了“神光”系列装置和“天光”装置，在激烈的国际竞争中占有一席之地。而这一切成就都离不开激光惯性约束的创始人——物理学家王淦昌。王淦昌是国际上最早独立提出激光聚变约束思想的物理学家之一，并在60年代中期领导开展了我国的激光聚变研究，对“神光”“天光”的建成做出了重要贡献。     

聚变-裂变混合堆──中国发展增殖堆的道路

核能是21世纪的替代能源,远期靠聚变能,前期靠裂变能.地球上天然铀储量不多,必须充分利用丰产核238U和232Th.裂变增殖堆(快堆)和聚变增殖堆(聚变-裂变混合堆)是利用238U和232Th的两条主要途径. 聚变-裂变混合堆概念早在五十年代初就已提出[1].1960年,英国J.W.Weale的DT中子在天然铀铀柱中的宏观实验[2],为混合堆奠定了实验基础.六十年代开展了大量混合堆包层中子学理论和实验研究.1965年美国L.N.Loutai第一个提出融盐增殖包层的概念设计[3].1969年美国 L.M.Lidsky第一个提出“混合堆-裂变堆共生系统”概念[4].1972年美国J.D.Lee第一…     

Physics Magazine 2022年度物理学十大亮点

<正>激光聚变辉煌的一年国家点火装置(NIF)实现了期待已久的里程碑。今年早些时候,该团队实现了点火,靶丸处的局部自加热超过了外部加热和损失到环境中的能量。不久前,研究人员宣布,他们已证明激光引起的核聚变反应所产生的能量大于其消耗的能量。尽管实现基于激光的聚变反应堆仍需要几十年的时间,但研究结果表明,激光聚变的发展速度与计算机发展的速度相似。     

邮票上的物理学史(55)--核能作为动力

二战后,核能的和平利用被提上了日程.核能独特的优点是:1) 核能是储量丰富的能源.根据专家估算,按现在的能源消耗速度,地球上的石油40年后即将耗尽,煤也只可开采200多年.煤和石油还是重要的化工原料,而核能是地球上储量最丰富的能源,地球上的核裂变燃料即铀矿和钍矿资源,按其所可释放的能量计算,是化石能源的20倍,开发和利用核能来替代煤和石油作为后续能源已是当务之急,而聚变燃料氘更是广泛存在,如能实现可控聚变,人类就不必再为能源担心了.2) 核能是清洁的能源.它不产生二氧化碳,不会引发温室效应,产生的其他污染物也少,有利于保护环境.不过,裂变燃料产生的废料具有放射性,有的放射性废料的半衰期很长,对其处理是一大难题.最近,有人提出了用加速器或反应堆加以照射以处理的建议.     

知识经济与创新意识(续)

(4)现代新能源工程技术领域 ,其标志技术为核能聚变工程技术与太阳能利用工程技术 .新能源技术是 2 1世纪高新技术的支柱技术 .未来能源就是核聚变 ,它给人类带来取之不尽、用之不竭的能源 .1 95 4年 ,苏联建成世界上第一座原子能发电站 .1 991年 1 2月1 5日我国自行设计自己制造的浙江秦山核电站联网发电 ,并帮助巴基斯坦建造同样规模的核电站 ,使我国成为世界上第八个出口核工程的国家 .1 994年建成广东大亚湾核电站 ,能保证香港 30 %的用电量 .1 999年 1 0月 ,在江苏连云港市 ,中俄合建装机容量最大的田湾核电站 ,已开工建设 .超铀元素研…