核聚變-人類理想的新能源

1、核聚變一人類理想的新能源專業(yè)：班級：姓名：學(xué)號：輔導(dǎo)老師:核聚變一一人類理想的新能源一論文在如今這個快速發(fā)展是時代，能源危機已經(jīng)出現(xiàn)，人口的急劇增 加，工業(yè)的快速發(fā)展，使能源消耗更加迅速，人類已經(jīng)不得不尋找新 的能源來解決能源危機了。目前，世界上所有的國家?guī)缀醵际且曰?能源作為國家發(fā)展的動力，但是，化石能源畢竟有限，而且對環(huán)境污 染也非常嚴重。尋找新能源迫在眉睫。為了社會的穩(wěn)定發(fā)展，人們正在利用高新科學(xué)技術(shù)開發(fā)新的能 源。從長遠來看，核能將是繼石油、煤和天然氣之后的主要能源，人 類將從“石油文明”走到“核能文明”。原子彈、氫彈的爆炸，使人 們認識到原子核內(nèi)蘊含著巨大的能量，核電站正是合理利用

2、核能的一 個途徑。而今，太陽能、地?zé)崮?、海洋能、生物能等各種新能源也正 在開發(fā)過程中。為什么太陽能源源不斷地向外釋放能量，好像永遠不會枯竭？這 個疑惑直到愛因斯坦提出狹義相對論才有了答案。在極高的溫度下， 太陽物質(zhì)發(fā)生核聚變反應(yīng)，釋放出巨大的核變能，其中極小的一部分 來到了地球，成為地球一切生命和能量之源。世界上的每一種物質(zhì)都處于不穩(wěn)定狀態(tài)，有時會分裂或合成，變 成另外的物質(zhì)。物質(zhì)無論是分裂還是合成，都伴隨著能量的轉(zhuǎn)移過程。 大家熟知的原子彈利用的則是裂變原理，目前的核電站也是利用核裂 變來發(fā)電的。核裂變雖然能產(chǎn)生巨大的能量，但裂變堆的核燃料蘊藏 極為有限，不僅其強大輻射會傷害人體，而且廢料也

3、很難處理，可能 遺留千年。而核聚變卻沒有核裂變那樣嚴重的“后遺癥”。兩個氫原 子合為一個氮原子，叫核聚變，太陽就因此釋放出巨大能量，核聚變 產(chǎn)生的能量比核裂變還要多，而其輻射卻少得多，而且核聚變?nèi)剂峡?以說取之不竭，用之不盡的。氫彈威力無比，但卻無法控制，一旦釋 放就無法挽回，是否可以控制核聚變，使之緩緩釋放，造福人類呢？太陽的光和熱都是太陽內(nèi)部的熱核聚變產(chǎn)生的，所以可控核聚變 又被人們稱為“人造太陽”。它是人類迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為理想的新 能源。它的儲量十分豐富，全世界的海水都是它的原料；它清潔干凈, 它不產(chǎn)生污染環(huán)境的核輻射和核廢料；它安全穩(wěn)定，它可以在稀薄的 氣體中持續(xù)穩(wěn)定的運行?，F(xiàn)在最為

4、關(guān)鍵的是要制造出能夠承受一億攝 氏度高溫的新材料，因為核聚變只有在一億攝氏度高溫下才能進行。 對此，當今世界主要大國都在自主或聯(lián)合攻關(guān)研究。目前，實現(xiàn)可控 核聚變的方式主要有：磁約束核聚變（托卡馬克），激光約束（慣性 約束）核聚變，超聲波核聚變。目前所知的所有能源中，核能是高效無污染的理想能源。他不會 像太陽能一樣受天氣影響，也不會像風(fēng)能一樣受風(fēng)力影響，更不會 像潮汐能一樣受潮水大小和時間的影響。核能是指由于原子核內(nèi)部 結(jié)構(gòu)發(fā)生變化而釋放出的能量。另一種定義是說核反應(yīng)或核躍遷時 釋放的能量。例如重核裂變、輕核聚變時釋放的巨大能。核能與核 技術(shù)目前正處于成長和成熟時期，其主要標志是基礎(chǔ)核技術(shù)與核

5、 軍事技術(shù)已趨于成熟，形成產(chǎn)業(yè)，并且具有相當可觀的價值。而其 他方面尚有大量的新領(lǐng)域正待開發(fā)，世界各國卻大量投入人力、物 力進行開發(fā)，經(jīng)濟效益和社會效益激增。而且一些核研究人員和科 學(xué)家估測目前核技術(shù)應(yīng)用的開發(fā)僅為其最大技術(shù)潛力的30%- 40%,核能與核技術(shù)強大的技術(shù)優(yōu)勢決定了其強有力的生命力，是 其他技術(shù)無法取代的。它在解決人類面臨的一些重大問題，如能 源、環(huán)境、資源、人口和糧食等方面具有極為重要的作用，而且對 于傳統(tǒng)行業(yè)的改造和促進新技術(shù)革命的到來將產(chǎn)生深遠影響。因 此，我們?nèi)绻パ芯亢司圩儾⑶夷軌蚩刂坪司圩儗⒅米鑫覀兊哪?源，那么我們就更成功的解決了能源問題，環(huán)境問題，同時還節(jié)省 了

6、大量資金。世界上一些強國都聯(lián)合起來正在研究如何控制核聚變 （包括中國），我們有望在2027年成功的掌握核聚變。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應(yīng)是氫的同位素一一笊與氤的聚 變，這種反應(yīng)在太陽上已經(jīng)持續(xù)了 50億年。笊在地球的海水中臧量 豐富，多達40萬億噸，一公升海水里提取出的笊，在完全的聚變反 應(yīng)中可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量；如果全部用于聚變反 應(yīng)，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應(yīng)產(chǎn)物是無放射性 污染的氮。理論上，只需要1千克笊和10千克鋰，就能以1000兆瓦的功率 發(fā)電1天一一或者你更愿意燒上1萬噸煤？即使考慮運營成本、打上 很多折扣，核聚變的能量產(chǎn)出也非?？捎^。一旦實用化，

7、人們可以完 全不必擔(dān)憂“幾百年里石油會用光”之類的事。而且石油的分布太不 均勻，國際上很多麻煩由此而起，人們?nèi)绻辉僖蕾囁?，也許會相處 得和睦些。另外，由于核聚變需要極高溫度，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題, 燃料溫度下降，聚變反應(yīng)就會自動中止。也就是說，聚變堆是次臨界 堆，絕對不會發(fā)生類似前蘇聯(lián)切爾諾貝利核（裂變）電站的事故，它 是安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。受 控?zé)岷司圩兡艿拇笠?guī)模實現(xiàn)將從根本上解決人類社會的能源問題。實現(xiàn)核聚變的前提是反應(yīng)物質(zhì)能夠穩(wěn)定的實現(xiàn)聚變。但是，控制 反應(yīng)物質(zhì)又成為一個難題。目前知道的約束反應(yīng)物質(zhì)（等離子體）的 途徑：重力約束、慣性約束、磁約束。而

8、磁約束是現(xiàn)在的主要研究方 向。提高磁籠約束等離子體能量的能力，這是論證實現(xiàn)磁約束核聚變 的科學(xué)可行性的第三個主要內(nèi)容。除了驗證科學(xué)可行性外，建設(shè)一個 連續(xù)運行的聚變反應(yīng)堆還需要解決加料、排廢、避免雜質(zhì)、中子帶出 能量到包層、產(chǎn)氤及返送以及由于聚變反應(yīng)產(chǎn)生大量帶電氮原子核對 等離子體的影響等一系列科學(xué)和工程上的難題。磁約束是利用強磁 場可以很好地約束帶電粒子這個特性，構(gòu)造一個特殊的磁容器，建成 聚變反應(yīng)堆，在其中將聚變材料加熱至數(shù)億攝氏度高溫，實現(xiàn)聚變反 應(yīng)。國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆計劃 （International Thermonuclear Experimental Reactor, 簡稱 I

9、TER）與國 際空間站、歐洲加速器、人類基因組計劃一樣，是目前全球規(guī)模最大、 影響最深遠的國際科研合作項目之一。其目的是借助氫同位素在高溫 下發(fā)生核聚變來獲取豐富的能源。1985年，由美蘇首腦提出了設(shè)計和建造國際熱核聚變實驗堆ITER的倡議；也被稱為“人造太陽”計劃。合作承擔(dān)ITER計劃的7個成員是歐盟、中國、韓國、俄羅斯、 日本、印度和美國，這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲 國家，覆蓋的人口接近全球一半。為建設(shè)ITER,各參與方專門協(xié)商 組建了一個獨立的國際組織，各國政府首腦在過去幾年中都采取不同 方式對參加ITER計劃作出過正式表態(tài)。這些都是國際科技合作史上 前所未有的，充分顯示

10、了各國政府和科技界對該計劃的高度重視。國際聚變界普遍認為，今后實現(xiàn)聚變能的應(yīng)用將歷經(jīng)三個戰(zhàn)略階 段，艮化建設(shè)ITER裝置并在其上開展科學(xué)與工程研究（有50萬千瓦 核聚變功率，但不能發(fā)電，也不在包層中生產(chǎn)氤）；在ITER計劃的基 礎(chǔ)上設(shè)計、建造與運行聚變能示范電站（近百萬千瓦核聚變功率用以 發(fā)電，包層中產(chǎn)生的氤與輸入的免供核聚變反應(yīng)持續(xù)進行）；最后，將 在本世紀中葉（如果不出現(xiàn)意外）建造商用聚變堆。我國是一個能源大國，在本世紀內(nèi)每年的能耗都將是數(shù)十億噸標 煤。由于條件限制，在長時間內(nèi)我國能源生產(chǎn)都將以煤為主，所占比 例高達70%o考慮到我國社會經(jīng)濟的長期可持續(xù)發(fā)展，我們必須盡快 用可靠的非化石能源（如核裂變或核聚變能、太陽能、水能等）來取 代大部分煤或石油的消耗。因此，必然應(yīng)該在能力許可范圍內(nèi)積極開 展核聚變能的研究，盡可能地參加國際核聚變能的大型合作研發(fā)計劃 （如ITER計劃）。我國參加ITER計劃是基于能源長遠的基本需求。核聚變的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展，得益于許多諾貝爾科學(xué)獎獲得者的貢獻。 它得益于1921年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系理論的啟 示；它得益于1922年諾貝爾化學(xué)獎獲得者阿斯頓質(zhì)譜儀的幫助；它 得益于1934年諾貝爾化學(xué)獎獲得者尤里核聚變基本元