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核聚变

学年论文核聚变——未来的新能源班级：08113 学号：27 姓名：宋广佳指导教师：姚大力

核聚变——未来的新能源 0811327 宋广佳【摘要】：氢弹应用的正是聚变原理，这是人类利用核聚变能的首次成功尝试。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，而其辐射却要少得多，而且核聚变燃料可以说是取之不尽、用之不竭的。关键词：核聚变未来新能源国际合作项目研究能源是社会发展的基石。古人伐木为薪，后来柴薪逐渐被煤、石油、天然气等化石燃料取代。而今，化石能源面临“危机”，同时又对环境造成严重污染。以煤炭、石油、天然气等化石能源替代柴薪的第一次能源革命，带来了社会、经济的迅速发展。然而这些宝贵的化石能源是不可再生的，据估计，100年后地球上的化石能源将会枯竭。面对即将来临的能源危机，人类开始寻找新能源。回顾人类发展的历史，每一次高效能新能源的利用，都会使社会进入一个新的时代，带来一次新的飞跃。新能源的开发是社会发展的重要基础。能源分为一次能源和二次能源，化石能源、太阳能、风能、地热能、核能、潮汐能等为一次能源，而焦煤、蒸汽、液化气、酒精、汽油、电能为二次能源。其次，按利用状况，可分为常规能源和新能源。前者是指在不同历史时期的科技发展水平下已被广泛应用的能源，现阶段指煤、石油、天然气、水能和核裂变能五种；后者指由于技术、经济或能源品质等因素而未能大规模使用的能源，如太阳能、风能、海洋能、地热能等。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”走向“核能文明”。原子弹、氢弹的爆炸，使人们认识到原子核内蕴藏着巨大的能量，核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。日本政府于1993年就提出旨在开发利用新能源的“新阳光计划”，每年都要为新能源技术开发拨款约362亿日元。日本新能源利用的目标是，到2008年争取使新能源在一次能源中所占的比重由目前的1%提高到3%。美国《国家综合能源战略》确定的新能源开发利用目标是，发展先进的可再生能源技术，开发非常规的甲烷资源，发展氢能的储存、分配和转化技术。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？这个疑问直到爱因斯坦提出了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，释放出巨大的聚变能，其中极小一部分来到地球，成为地球一切生命和能源之源。一、什么叫核聚变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能量，但裂变堆的核燃料蕴藏极为有限，不仅其强大辐射会伤害人体，而且废料也很难处理，可能遗害千年。1946年，第一颗原子弹在广岛上空引爆，此后不久，氢弹爆炸又获得成功。氢弹应用的正是聚变原理，这是人类利用核聚变能的首次成功尝试。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，而其辐射却要少得多，而且核聚变燃料可以说是取之不尽、用之不竭的。氢弹威力无比，却无法控制，一旦释放就无法挽回。是否可以控制聚变能，使之缓慢释放，造福人类呢？

国际核聚变研究开发的现状和发展趋势_希物

中国核工业ＺＨＯＮＧＧＵＯＨＥＧＯＮＧＹＥ中国核工业ＺＨＯＮＧＧＵＯＨＥＧＯＮＧＹＥ２００６年?第１２期?总第７６期国际磁约束核聚变研究始于上世纪５０年代。国际上将核聚变研究的发展分为六个阶段，即：原理性研究阶段、规模实验阶段、点火装置实验阶段（氘氚燃烧实验）、反应堆工程物理实验阶段、示范反应堆阶段、商用化反应堆阶段。总体上看，国际磁约束核聚变界正处在点火装置和氘氚燃烧实验阶段，并逐步向反应堆工程实验阶段过渡。上世纪９０年代，国际磁约束核聚变研究取得了突破性的进展，获得了聚变反应堆级的等离子体参数，初步进行的氘－氚反应实验，得到１６兆瓦的聚变功率。可以说，磁约束核聚变的科学可行性已得到证实，有可能考虑建造“聚变能实验堆”，创造研究大规模核聚变的条件已经成熟。国际聚变研究在完成科学可行性验证后已于１９９６年正式定位为核聚变能源开发，其显著标志是国际原子能机构（ＩＡＥＡ）等离子体物理和受控核聚变研究国际会议于１９９６年正式更名为国际聚变能源大会。近十年来，各国在托卡马克装置上的核聚变研究不断取得令人鼓舞的进展。１９９１年１１月９日，欧共体的ＪＥＴ托卡马克装置成功地实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，在氘氚６比１的混合燃料（８６％氘，１４％氚）中，等离子体温度达到３亿摄氏度，核聚变反应持续了２秒钟，产生了１×１０１８个聚变中子，获得的聚变输出功率为０．１７万千瓦，能量增益因子Ｑ值达０．１１～０．１２。虽然高峰聚变功率输出时间仅有２秒，但这是人类历史上第一次用可控方式获得的聚变能，意义十分重大。这一突破性的进展极大地促进了国际托卡马克实验堆计划的开展。１９９３年１２月９日和１０日，美国在ＴＦＴＲ装置上使用氘、氚各５０％的混合燃料，使温度达到３亿～４亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为０．３万千瓦和０．５６万千瓦，大约为ＪＥＴ输出功率的２倍和４国际核聚变研究开发的现状和发展趋势本期专题———关注中国核聚变研究 ◎撰文?希物特斯拉、等离子体存在时间２９６０毫秒。我国聚变研究的中心目标是在可能的条件下促使核聚变能尽早在中国实现。因此，参加国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划应该也只能是我国整体聚变能研发计划中的一个重要组成部分。国家将在参加ＩＴＥＲ计划的同时支持与之配套或与之互补的一系列重要研究工作，如托卡马克等离子体物理的基础研究、聚变堆第一壁等关键部件所需材料的开发、示范聚变堆的设计及必要技术或关键部件的研制等。参加ＩＴＥＲ计划将是我国聚变能研究的一个重大机遇。尽管就规模和水平来说，我国核聚变能的研究和美、欧、日等发达国家还有不小的差距，但是我们有自己的特点，也在技术和人才等方面为参加ＩＴＥＲ计划作了相当的准备。这使得我们有能力完成约定的ＩＴＥＲ部件制造任务，为ＩＴＥＲ计划作出相应的贡献，并有可能在合作过程中全面掌握聚变实验堆的技术，达到我国参加ＩＴＥＲ计划总的目的。１５

高中物理之核聚变知识点

高中物理之核聚变知识点核聚变物理学中把重核分裂成质量较小的核，释放核能的反应叫做裂变。把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应叫做聚变。轻核的聚变（热核反应）某些轻核能够结合在一起，生成一个较大的原子核，这种核反应叫做聚变。轻核的聚变：

根据所给数据,计算下面核反应放出的能量：发生聚变的条件：使原子核间的距离达到10的负15次方m. 实现的方法有： 1、用加速器加速原子核； 2、把原子核加热到很高的温度；108～109K 聚变反应又叫热核反应

核聚变的利用——氢弹可控热核反应——核聚变的利用可控热核反应将为人类提供巨大的能源,和平利用聚变产生的核量是非常吸引人的重大课题，我国的可控核聚变装置“中国环流器1号”已取得不少研究成果。 1.热核反应和裂变反应相比较，具有许多优越性。 ①轻核聚变产能效率高。 ②地球上聚变燃料的储量丰富。 ③轻聚变更为安全、清洁。 2.现在的技术还不能控制热核反应。 ①热核反应的的点火温度很高； ②如何约束聚变所需的燃料；

③反应装置中的气体密度要很低，相当于常温常压下气体密度的几万分之一； 3.实现核聚变的两种方案。 ①磁约束（环流器的结构） ②惯性约束（惯性约束）习题演练 1. （2011年绍兴一中检测）我国最新一代核聚变装置“EAST”在安徽合肥首次放电、显示了EAST装置具有良好的整体性能，使等离子体约束时间达1000 s，温度超过1亿度，标志着我国磁约束核聚变研究进入国际先进水平．合肥也成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方．核聚变的主要原料是氘，在海水中含量极其丰富．已知氘核的质量为m1，中子的质量为m2，He的质量为m3，质子的质量为m4，则下列说法中正确的是（）A．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是质子B．两个氘核聚变成一个He所产生的另一个粒子是中子C．两个氘核聚变成一个He所释放的核能为（2m1－m3－m4）c2 D．与受控核聚变比较，现行的核反应堆产生的废物具有放射性 2. 重核裂变和轻核聚变是人们获得核能的两个途径，下列说

中国特稿：“人造太阳”突破不断中国拟2050年前实现核聚变发电

中国特稿：“人造太阳”突破不断中国拟2050年前实现核聚变发电能源紧缺、环境污染，全球对清洁能源需求增大。分析指中国在核聚变领域的研究已进入世界领先行列，而率先实现核聚变能源商用，将让中国摆脱能源制约，在经济、地缘政治等国际竞争中占据优势。我们希望通过东方超环，扩大国际合作，实现未来核聚变能为人类所用。——宋云涛夸父逐日的中国神话故事讲述古人战胜自然的愿望，中国科学家如今正缔造新的科技神话——建造一个能释放无限能量的人造太阳，让中国在2050年以前用上取之不尽用之不竭的核聚变能源。有分析指出，中国在核聚变领域的研究已进入世界领先行列，而率先实现核聚变能源商用，将让中国摆脱能源制约，在经济、地缘政治等国际竞争中占据优势。

由中国科学家自主研发的人造太阳又叫“东方超环”，建在安徽合肥市郊的科学岛上。它是一个全超导托卡马克核聚变实验装置（Experimental Advanced Superconducting Tokamak，简称EAST），能让氘和氚在超高温条件下像太阳一样发生聚变，产生大量能量。主原料是海水比现核裂变发电安全面对能源紧缺、环境污染，全球对清洁能源需求增大。核聚变的主要原料是海水，也比现有的核裂变发电安全，因此被视为清洁能源的未来，有人也将它称为“能源圣杯”。据科学家估计，一升海水能产生的聚变能源相当于500升汽油所能产生的能量。各国科学家数十年来建设各种俗称“人造太阳”的核聚变实验装置，但目前尚无法实现核聚变能源为人类所用。这些装置要真正实现发电，必须能达到上亿度高温、长时间稳态运行，并且具有可控性。目前来看，中国研发的“东方超环”在稳定性上已是全球领头羊。2017年，它成功实现了101.2秒稳态运行，成为全球首个可以稳定运行长达100秒以上的装置。一些西方科学家认为，这项突破显示中国聚变研究的发展速度已领先其他国家。东方超环国际顾问委员会当时评估，该设施是“国际磁约束聚变装置中最前沿的，并且是未来五年间世界上唯一有能力实现400秒长脉冲高性能放电的聚变装置”。

谈谈核裂变能与核聚变能

谈谈核裂变能与核聚变能胡经国据最近报道，位于英国牛津郡卡勒姆的、联合欧洲环形核聚变试验装置的科学家们，首次成功地进行了受控核聚变反应试验，从而使他们在探索核聚变能的竞争中，超过了美国和日本而居于世界领先地位。这次实验是在一个环形受控核聚变反应堆里进行的，持续时间只有2分钟，温度达到了3亿摄氏度，比太阳内部温度还要高20倍。该环形装置重达3500吨，是目前世界上最大的受控核聚变实验装置。那末，什么叫做受控核聚变与核聚变能呢？它们对未来世界能源研究与开发利用有何重要意义呢？为了回答这些问题，需要从核能（原子能）谈起。大家知道，原子核是由质子和中子组成的。质子和中子统称为核子。核子结合成原子核时释放的能量，或者原子核分解为核子时吸收的能量，称为原子核结合能。原子核结合能与组成该原子核的核子数之比，称为原子核核子的平均结合能。这就是一般所说的核能（原子能）。质量数较小的轻核（如氘、氚）和质量数较大的重核（如铀），其核子平均结合能均较小；质量数中等的原子核，其核子平均结合能较大，而且质量数为50%～60%的原子核，其核子平均结合能最大。这一规律称为原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律。核能存在于原子核内部，只有使它释放出来才能被人类所利用。怎样才能使核能释放出来呢？原子核核子平均结合能随原子核质量数而变化的规律，是核能能够被释放出来的理论依据。由于质量数中等的原子核核子平均结合能较大，因而无论是将重核分裂成质量数中等的原子核，还是将轻核聚合成质量数中等的原子核，都能够使核能释放出来。所以，核能释放有以下两种途径：重核的裂变和轻核的聚变第一种途径是重核的裂变。将重核分裂成质量数中等的原子核，称为重核的裂变，又叫做核裂变。核裂变是1938年由德国科学家哈恩和斯特拉斯曼发现的。他们用中子轰击铀原子核，导致了铀原子核的裂变。可见，快速中子的轰击是实现核裂变的条件。在重核裂变时，放出新的中子，新中子又引起其它重核裂变。这种不断进行的核裂变反应，称为链式反应。重核材料（如含铀的同位素铀238和铀235的材料）能够产生核裂变链式反应的最小体积，称为重核材料的临界体积。重核材料的体积一旦超过其临界体积，核裂变链式反应就迅速进行，同时在极短的时间内释放出巨大的能量，引起猛烈的爆炸。重核在核裂变反应过程中释放出的巨大能量，称为核裂变能。例如，1克铀235完全裂变所释放的核裂变能，相当于2.4吨煤完全燃烧所释放的化学能。第二种途径是轻核的聚变。将轻核聚合成质量数中等的原子核，称为轻核的聚变，又叫

参观成都理工大学工程技术学院核聚变博物馆感后感

参观核聚变博物馆在我们大一新生时，每个专业在学校的安排下参观了学校核聚变博物馆，在老师深情地讲解和自我所见所闻中知道，中国核聚变博物馆是原核工业585所基地。这是我国第一个核聚变博物馆，也是我国第一个也是唯一一个对公众开放的核聚变博物馆。名称中国核聚变博物馆定位四川省爱国主义教育基地四川省科普基地核工程认知中心所属单位成都理工大学工程技术学院目前，可行性较大的可控核聚变反应装置就是托卡马克装置---环流器。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。核聚变的优劣势优势：（1）.核聚变释放的能量比核裂变更大（2）.无高端核废料，可不对环境构成大的污染（3）.燃料供应充足，地球上重氢有10万亿吨（每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油）劣势：反应要求极高，技术要求极高。从理论上看，用核聚变提供部分能源，是非常有益的。但目前人类还没有办法，对它们进行较好的利用。（对于核裂变，由于原料铀的储量不多，政治干涉很大，放射性与危险性大，核裂变的优势无法完全利用。截至2006年，核能（核裂变能）发电占世界总电力约15%。说明了核裂变的应用的规模之大，更能说明优势比核裂变更大的核聚变能源前景更加光明。科学家们估计，到2025年以后，核聚变发电厂才有可能投入商业运营。2050年前后，受控核聚变发电将广泛造福人类。）博物馆占地面积约300平方米，博物馆内放着我国第一个人造太阳装置--中国环流器一号以及环流器工作时所需要的其他设备，其发生核聚变反应的原材料为重氢与超重氢，在磁笼的约束下加速发生核聚变。博物馆四周墙壁挂满了我国核聚变发展的一些历史资料，核工业西南物理研究员在ITER计划中承担的角色，以及核聚变的一些科普资料。

聚变能和受控核聚变研究简史_江海燕

聚变能和受控核聚变研究简史江海燕 (合肥工业大学理学院安徽230009) 储德林 (解放军炮兵学院基础部物理教研室合肥230031) 一、聚变能)))未来人类的理想能源能源、信息和材料作为社会进步的三大支柱,是现代社会赖以生存和发展的基本条件。我国人口众多,能源需求旺盛,随着国民经济的发展,能源问题日益紧迫。至本世纪中叶,要使我国成为中等发达国家,则需要建立约每年38~45亿吨标准煤、电力装机容量15亿千瓦或者更大些的能源体系。在我国能源构成中,化石燃料所占份额极大,水力资源有限,其他如太阳能、风能、潮汐能、生物能等,只起到重要补充作用。众所周知,化石燃料所造成的环境污染,化工原料的浪费以及运输能力的消耗等都不容忽视;太阳能、生物能虽然符合环保标准,但限于目前技术水平,尚不能提供大规模商业用电;其他能源受到天气状况,地理位置等条件制约,均无法彻底解决能源问题。科学家早就认识到,要解决人类的能源问题,必须依靠大规模发展核能。目前核能主要有两种形式:裂变能和聚变能。同样,裂变能也存在资源匮乏以及环境污染等问题,其发展也只能是核能利用的中间阶段。聚变能燃料取自海水中蕴藏量极高的氢同位素氘(每立方米海水中含有30克氘),1克氘完全燃烧可产生相当于8吨煤的能量。因此聚变能源是取之不尽、用之不竭的符合国际环保标准的清洁能源,是人类解决未来能源问题的根本途径之一。核聚变的理论依据是,两个轻核在一定条件下聚合生成一个较重核,同时伴有质量亏损,根据爱因斯坦的质能方程,聚变过程将会释放出巨大的能量。反应条件是将一定密度的等离子体加热到足够高的温度,并且保持足够长的时间,使聚变反应得以进行。由于核聚变等离子体温度极高(达上亿度),任何实物容器都无法承受如此高的温度,因此必须采用特殊的方法将高温等离子体约束住。像太阳及其他恒星是靠巨大的引力约束住1000万~1500万摄氏度的等离子体来维持聚变反应,而地球上根本没有这么大的引力,只有通过把低密度的等离子体加热到更高的温度(1亿度以上),来引起聚变反应。通过人工方法约束等离子体主要有两种途径,即惯性约束和磁约束。惯性约束是利用高功率密度的激光束或其他粒子束将内含氘氚燃料的微丸在极短的时间内压缩聚爆达到极高的密度,同时将氘氚离子加热到热核聚变反应温度,并在向心聚爆形成的等离子体飞散以前(即利用等离子体向内运动的惯性)产生足够的聚变反应,获得能量增益。磁约束是在一定的真空容器中,将氘氚燃料用特殊的加热方法加热到聚变反应温区(即1亿度以上)以点燃氘氚反应,利用特殊设计的/磁笼子0将这种高温等离子体稳定地约束在该真空容器内,使聚变反应能够稳定进行。围绕这种/磁笼子0的设计和建造,人类已经走过了半个多世纪艰苦的历程。二、受控核聚变研究历程上世纪30年代,在英国剑桥的卡文迪什实验室进行了人类历史上第一次核聚变实验,结果可想而知,著名的物理学家卢瑟福于1933年宣布:从原子中寻找能源无异于痴心妄想!然而随着第二次世界大战的结束和曼哈顿计划(原子弹爆炸)的成功实施,人们对原子物理和核聚变的兴趣与日俱增。1952年11月1日在西太平洋埃尼威托克岛秘密爆炸了一颗氢弹,爆炸中释放的巨大能量宣告人类终于成功地实现了核聚变。欣喜之余,科学家们设想能否将爆炸中瞬间释放的巨大能量缓慢地释放出来,以用于和平利用核能的目的呢?事实上,科学家们一直在为受控核聚变努力着。1951年阿根廷的科学家们声称实现了受控核聚变,尽管后来证明这个结论是错误的,但也为其他科学家提供了有益的经验。这个时候,世界上许多国家都在秘密开展受控核聚变的相关研究。美国的物理学家斯必泽在普林斯顿大学等离子体物理实验室建造了磁约束装置仿星器;物理学家詹姆士#塔克在洛斯阿拉莫斯国家实验室建造了磁场箍缩装置;爱德华#泰勒在劳伦斯利弗莫尔实验室把氢弹研究扩展到惯性约束研究。在英国,聚变研究的大量工作是在大学里开展的,其中最主要的有位于哈维尔皇家学院的汤姆逊研究组和位于牛津大学的桑尼曼研究组,汤姆逊还发明了一项聚变堆专利。1952年物理学家库辛和沃尔建造了小型等离子体环形箍缩装置,后来又建造了规模较大的实验装置ZE TA,ZE TA是一种稳定的环形箍缩装置,于1954年开始使用,到1958年停止。ZETA # 17 # 16卷5期(总95期)

我国核聚变堆材料研究获重要进展

我国核聚变堆材料研究获重要进展研制出基于功能梯度材料的六种第一壁候选材料，其中五种国际上未见报道本报记者温新红记者日前从北京科技大学获悉，与本世纪最受关注的科学项目——国际热核聚变实验反应堆(ITER)计划相关的热核聚变堆实验装置中面向高温等离子体的第一壁材料研究取得重要进展，该校材料学院教授、中科院院士葛昌纯领导课题组经10年努力研制出6个体系的基于功能梯度材料（Functionally Graded Materials, 简称 FGM）的第一壁候选材料，目前此项研究在国际上处于领先水平。聚焦受控热核聚变第一壁材料 2006年11月21日，科技部部长徐冠华代表中国政府签署了ITER计划的联合实验协定及相关文件。一直主张中国加入ITER的葛昌纯认为，中国此次加入ITER，分担了一部分研究项目，但接下来的工作还有很多，国内相关领域的科学家应该提早研究，争取尽早建立起示范聚变堆和商用聚变堆。葛昌纯是研究先进材料的专家，他说，从工程角度看，相关的核聚变材料已成为制约核聚变能走向实用的关键之一，非常重要的一类是面向等离子体应用的材料，尤其是处于高热负荷下的偏滤器部件。据介绍，单一材料或涂层材料已不能满足前沿科研领域发展的需求，例如用于航天飞行器上、需要承受1000摄氏度以上高温度落差的材料。但通常的涂层材料，如金属表面的陶瓷涂层，由于陶瓷和金属的膨胀系数相差很大，反复多次就会开裂。同样，核聚变装置也需要耐高温、耐腐蚀、耐冲刷的新材料。葛昌纯说，核聚变装置的真空室相当于一个装入高温等离子体的炉子，最受考验的是直接面向高温等离子体的内壁，即第一壁材料。氘氚聚变反应产生大量的高能中子和?琢粒子、电磁辐射，它们和等离子体离子、快原子和其他从等离子体逃逸出的粒子（氘、氚和杂质）以及高达1MW/m2的热负荷、脉冲运行状态和高交变热应力一起，强烈地作用于第一壁。人类到目前为止还没有遇到过工作环境这么复杂的材料。另一种材料是在等离子体出口处的偏滤器材料，这里的热流密度更高，达到6~10MW/m2，在不正常条件下甚至高达 20~100MW/m2。因此这两种材料是核聚变装置中服役条件最严酷的材料。葛昌纯根据自己多年材料研究的经验，认为这是一个非常重要的研究方向。1996年，他向有关部门提交了耐高温等离子体冲刷的功能梯度材料的科研顶层设计项目建议书。在建议书中葛昌纯设想这种材料可以运用在三个方面，一是为受控核聚变提供耐高温等离子体冲刷的材料，二是可以用于激光核聚变的材料，三是可以在航空航天上用的材料。这项建议得到了国家有关部门的重视和核工业西南核物理研究院的合作，“863”新材料专家委员会听取了葛昌纯的论证报告，通过答辩后，于1997年7月批准了这个项目。五种功能梯度第一壁材料国际上尚未见有报道葛昌纯领导课题组经过十年努力，特别是近五年来通过指导周张健副教授负责的国家自然科学基金项目、沈卫平副教授负责的“863”计划项目，以及研究组与中科院等离子体物理研究所和核工业西南物理研究院的协作项目，较深入地研究了弹塑性有限元分析和优化设计、超高压力通电烧结、熔渗——焊接

《核聚变》教学设计 2020

《核聚变》教学设计教学目标 1．知道核聚变现象，理解核聚变放出巨大能量的原理 2．能根据ΔE=Δmc2计算核聚变放出的能量 3．了解氢弹结构和反应过程，了解太阳核聚变反应 4．了解核聚变反应的优点、困难。 5、知道轻核的聚变能够释放出很多的能量,如果能加以控制将为人类提供广阔的能源前景。重点难点重点：(1)核聚变发生机制(2)能根据ΔE=Δmc2核裂变、核聚变情况下放出的能量难点：从两个方面分析核聚变放出巨大能量的原理设计思想核聚变对学生而既熟悉又陌生，学生或多或少都了解一些，这部分内容学生一定很感兴趣，所以，讲授时我们可以以问题的形式让学生观看PPT，自已去看书、思考，整理相关的知识，掌握要掌握的内容。教学资源多媒体课件教学设计【课堂引入】分析聚变反应放出巨大能量的原因之一学习活动一：根据原子核的比结合能曲线，知道中等核的比结合能最大，两个较轻原子核结合成质量数较大原子核时要释放能量还是要吸收能量呢？（回答：释放能量并分析原因）问题1：写核反应方程应注意什么？ (1)满足“质量数、核电荷数”守恒； (2)只能用单箭头，不能用等号； (3)两边的中子不能约去。学习活动二：分析聚变反应放出巨大能量的原因之二（聚变平均每个核子释放能量是裂变反应的4倍左右）在核裂变235 92U＋1 n →141 56 Ba＋92 36 Kr＋310n反应中，质量亏损Δm=0.2153u，则 (1)一个铀核裂变释放多少能量E？平均每个核子释放的能量E0是多少解：E=Δm×931.5Mev=200.55Mev E0=E/235=0.853Mev （2）核聚变：把轻原子核聚合成较重原子核的反应(氢弹主要利用的核聚变) 2 1 H+21H 42He＋10n +17.6Mev 平均每个核子放的能量E0=E/3=3.52Mev

聚焦今天中国已在核聚变重要领域实现领跑

聚焦今天中国已在核聚变重要领域实现领跑将于2035-2040年建造中国聚变工程试验堆，并启动聚变示范堆设计核聚变能具有资源丰富、固有安全性高、环境可接受性好等特点，是人类最理想的能源形式。上世纪80年代，我国制定了“热堆-快堆-聚变堆”“三步走”的核能发展战略，随后通过参加国际热核聚变实验堆（ITER），进一步推动我国聚变能源研究进入国际阵营。中国核学会核聚变和等离子体分会理事长、核工业西南物理研究院（以下简称“西物院”）院长刘永日前在”中国核学会2017年学术年会”上透露，我国在聚变工程和科学方面的研究，已经由过去的跟跑、并跑发展到现在某些领域的领跑。而且，我国承担的ITER计划采购包任务进展显著。 “绿色核能科普展”上的聚变堆模型朱学蕊/摄站上核聚变研究先进平台 2006年11月21日，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方签署了ITER计划的联合实施协定及相关文件，拟共同建造一个超导托卡马克型聚变实验堆，探索和平利用聚变能发电的科学和工程技术可行性。据了解，ITER将成为世界第一个电站级别的聚变实验堆，是最终实现磁约束聚变能商业化必不可少的一步，这也是中国首次以平等伙伴身份参与的最大国际合作项目。据了解，目前国内从事磁约束受控核聚变研究的单位包括西物院、中科院等离子体物理研究所、中国工程物理研究院等科研院所及一些高校。其中，西物院和中科院等离子体物理研究所是中方参与ITER计划的主要承担单位；贵州航天新力、西部超导、宁夏东方、合肥科烨等企业参与了ITER计划相关部件、材料、工艺的研发和加工。 “核聚变研究是人类历史上最具挑战性的课题之一，其基本原理就是将原子核聚变反应释放能量的过程慢化，并和平利用该能量。”刘永说，“这项工程面临极大的技术挑战，我们研究了50年之久，主要因为它的实现条件很苛刻，需要1亿度以上的高温、长时间约束在有限的空间中，并需要足够高的密度。几十年来，我们主要就是解决如何将上亿度的高温等离子体长时间约束起来，让其能充分反应，解决聚变自持燃烧的问题。”

核裂变和核聚变的区别

两个较轻的原子（质量数大致小于16）聚合成一个较重的原子核，同时放出大量的能量，这种核反应叫聚变反应。它是获得原子能的重要途径之一。一升的海水约含有0.03克的氘，通过核聚变反应能产生相当于300升汽油燃烧所放出的能量。由于原子核间有很强的静电斥力，核聚变反应必须在几千万摄氏度至上亿摄氏度的高温下才能发生。太阳和一些恒星内部温度很高，原子核有足够在的动能克服核间静电斥力而发生聚变反应。太阳里发生的持续的核聚变反应，源源不断地给我们提供光和热。一个重的原子核分裂成两个质量略为不同的较轻的原子核，同时放出大量能量，这种反应叫做裂变反应。裂变有自发裂变和受激裂变反应两种。自发裂变是原子核不稳性的一种表现形式，天然同位素自发裂变半衰期都很长，如铀-238约为1016年；一些原子核比铀原子核重的同位素（超铀核素）自发裂变半衰期相对较短，如锎-252只有85.5年。重原子核受到其他粒子（中子、带电粒子、光子）轰击时分裂成两个质量略为不同的较轻原子核，叫受激裂变。1947年，我国科学家钱三强、何泽慧首先观察到中子轰击铀裂变时，铀核也有分裂成三块或四块的情况。但这种现象是非常稀少的。三分裂和四分裂相对于二分裂之比分别为3：1000和3：10000。重核裂变时释放出大量的能量，是获得原子能重要途径之一。1公斤铀-235完全裂变释放出的能量相当于两万吨TNT炸药爆炸时释放的能量，也相当于2700吨标准煤完全燃烧释放出的能量。重核裂变反应释放的大量能量已在核电站中得到充分应用。爱因斯坦１９０５年在提出相对论时指出，物质的质量和能量是同一事物的两种不同形式，质量可以消失，但同时会产生能量。１９３８年，德国科学家哈恩和他的助手斯特拉斯曼在居里夫人实验的基础上，发现了核裂变现象：当中子撞击铀原子核时，一个铀核吸收了一个中子，分裂成两个较轻的原子核，在这个过程中质量发生亏损，因而放出很大的能量，并产生两个或三个新的中子，这就是核裂变反应。１９４６年，在法国居里实验室工作的中国科学家钱三强、何泽慧夫妇发现了铀核的"三裂变"、"四裂变"现象，即铀原子核在中子的作用下，除了可以分裂为两个较轻的原子核外，还可以分裂为三个甚至四个更轻的原子核。只有铀－２２３、铀－２３５和钚－２３９这三种材料的原子核可以由"热中子"引起核裂变，因此它们被称为易裂材料。其中只有铀－２３５存在于界，铀－２３３、钚－２３９分别是由自然界中的钍－２３２、铀－２３８吸收中子后生成的。而在天然铀中，铀－２３５仅占０．７％，其余的９９．３％几乎都是铀－２３８。链式裂变反应释放的核能叫做核裂变能。这种２０世纪出现的新能源，目前已占人类总能源消费量的６％。核能的和平利用，对于缓解能源短缺、减轻环境污染都具有重要意义。但是，核裂变产生的核废料、核电站能否安全运转，都引起人们的忧虑。如果利用轻原子核的聚变反应产生的核聚变能够得到工业应用，那么人类将从根本上解决能源需求的问题。核聚变能是两个轻原子核结合在一起时，由于发生质量亏损而放出的能量。核聚变的原料是海水中的氘（重氢）。早在１９３４年，物理学家卢瑟福、奥利芬特和哈尔特克已在静电加速器上用氘－氘反应制取了氚（超重氢），首次实现了聚变反应。海水里的氘只占０．０１５％，但由于地球上有大量海水，每升海水中所含的氘通过核聚变反应产生相当于３００升汽油燃烧所放出的能量，因此可以利用的核聚变材料是极为丰富的。据估计，海水中的氘通过核聚变释放的聚变能可供人类在高消费水平的基础上使用５０亿年。有关科学家们正在积极研究、一些国家政府也大力支持开发丰富而清洁的核聚变能。美国广播公司１９９９年４月１２日播发的一篇题为《为聚变开拓未来》的消息说：使用美国最新建成的试验核反应堆的科学家们认为，他们为２１世纪开发一种安全而又取之不尽的能源--聚变能- -而进行的努力取得了进展。建在美国中部新泽西州郊区普林斯顿大学等离子体物理实验室的"国家球形核聚变实验装置（ＮＳＴＸ）" ，使支持提供聚变能研究经

可控核聚变的研究及发展

可控核聚变能源的研究及发展前景摘要：可控核聚变作为一种具有多种优势的理想能源，被寄予了许多期望。在各国协同展开联合研究计划的同时，包括中国在内，有实力的国家都希望在这一领域率先取得突破人类探索更高效更持久更清洁能源的努力从未停止。相比于目前已经进行了较充分利用开发的核裂变能，不少专家认为，可控聚变能代表着更美好的能源未来。关键字：能源危机、新能源、核能、可控核聚变随着中国经济发展，能源消耗量随之增加。目前，中国已经成为世界第二大能源消费国，并且有可能在三到五年内超越美国成为世界最大能源消费国。能源是发展国民经济的动力，是社会发展的基石。随着国民经济的发展和生活水平的提高，对能源的需求越来越高，而人类现在大规模使用的化石能源是不可再生的资源，据估计，这些化石能源再仅够人们使用一百年左右的时间。面临即将到来的能源危机，人们在积极的寻找新能源，如太阳能，风能、潮汐能，地热能，但由于其能源密度低等原因而限制了其发展，没有大规模的应用。而核反应所蕴含的能量是巨大的。目前的核电站都应用的核裂变能，虽然这可以提供和多的电能，然而所产生的污染也是很巨大的。相对于裂变，聚变能更加巨大，更加环保清洁。因此，从长远的眼光来看，

聚变能可能是解决人类能源危机的最有效最现实的方法。核聚变作为一种具有多种优势的理想能源，被寄予了许多期望。与裂变能相比，聚变能具有资源丰富，安全、清洁、高效的优点，基本满足人类对于未来终极能源的种种设想。核聚变的原理、条件及材料一、核聚变的原理核聚变反应堆的原理很简单，很好理解，只不过实现起来对于当时的人类技术水准，几乎是不可能的。第一步，作为反应体的混合气必须被加热到等离子态——也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚，原子核能自由运动，这时才可能使得原子核发生直接接触，这个时候，需要大约10万摄氏度的温度。第二步，为了克服库伦力，也就是同样带正电子的原子核之间的斥力，原子核需要以极快的速度运行，得到这个速度，最简单的方法就是——继续加温，使得布朗运动达到一个疯狂的水平，要使原子核达到这种运行状态，需要上亿摄氏度的温度。然后就简单了，氚的原子核和氘的原子核以极大的速度，赤裸裸地发生碰撞，产生了新的氦核和新的中子，释放出巨大的能量。经过一段时间，反应体已经不需要外来能源的加热，核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要氦原子核和中子被及时排除，新的氚和氘的混合气被输入到反应体，核聚变就能持续下去，产生的能量一小部分留在反应体内，维持链式反应，大部分可以输出，作为能源

EAST超导托卡马克核聚变

EAST超导托卡马克核聚变：中国又一技术令全球震动这是一项了不起的成果。国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”在安徽省合肥市中科院等离子体研究所通过了国家发改委组织的验收。如果说起这套装置的科学意义，那就是在探索人类最终解决能源问题的征途上，中国人又迈出了一大步；或者说中国人向着“产生等离子体最长时间达1000秒、温度超过1亿摄氏度”的科学目标又前进了一步。有关专家指出，这标志着我国在全超导核聚变实验装置领域走在了世界前列。 “我们成了国际聚变会议的V IP” 2006年10月。国际原子能机构在我国四川省成都市举行了第21届国际聚变能大会，EAST项目总经理万元熙作了大会的第一个邀请报告。报告结束时，与会的600多名聚变专家和会议代表全体起立，热烈鼓掌。此刻的万元熙体会到了作为一名中国科学家的自豪。以前，参加聚变科学的国际会议，等离子体所的人主要是扮演听客的角色。为了彰显自己的研究成果，他们曾在会场上张贴过研究报告，也进行过口头交流。如今，在重要的国际聚变会议上，等离子体所的科学家都要被邀请做报告，“我们成了这种会议的VIP(贵宾)。因为我们研制的EAST走在了这个领域的前沿。” 1998年7月，EAST被国家计委正式批准为国家“九五”重大科学工程立项建设。项目总投资为1.65亿元人民币。同样的项目，韩国拿出了3亿美元，在美国需要5.7亿美元。“经费紧张，再加上国际上谁也没做过这种装置，许多关键技术全世界都没有成功的经验可借鉴。这就逼着我们自力更生，艰苦奋斗，从设计、关键技术与工艺的预研入手，完全靠自己的力量干。”万元熙道出了实情。 “我做不出来，换人吧” 潘皖江博士参加EAST工程建设时31岁，主要负责装置低温绝缘复合材料的研究工作。绝缘子是EAST主机中一个核心部件，整个装置中大小不同有500多件。只要其中一个出现故障都是毁灭性的破坏。小潘带领几个人承担了绝缘子的结构设计及工艺研究工作。难啊。一个名不见经传的小青年，承担了一项国际上实行技术封锁、国内从来无人做过的重要研究。没有任何经验可借鉴，全凭自己摸索。试验，失败，再试验，再失败……一次次的打击让小潘难以承受。他找到领导：“我做不出来，你们换人吧！” 项目领导相信小潘的能力，鼓励他继续干。小潘又回到了实验室，还是在黑暗中摸索。最终，小潘掌握了关键技术，拿出了合格的绝缘子。 EAST是世界第一个全超导非圆截面核聚变实验装置。在它的母体里，嵌入了太多的中国科学家的自主创新。“整个项目的自研率在90%以上，取得了65 项具有自主知识产权的技术和成果。”等离子体所所长李建刚如数家珍。 2003年10月，有25位外国人到合肥对EAST进行了评估，其中包括英、德、美、俄、日、法等国著名聚变研究所的所长和国际聚变研究组织的负责人，也包括“国际热核聚变试验堆”(ITER)计划的负责人，又都是EAST工程建设的国际顾问委员会成员。他们写下的评议意见是：“EAST将是一个对世界聚变研究产生重要影响的先进科学设备；它将是世界上第一个同时具有全超导磁体和主动冷却结构的托卡马克，能实现稳态运行；EAST是中国聚变研究向前迈出的一大步，是中国新一代聚变人才培养的巨大成功。” “病人拒绝住院”

为什么要研究核聚变

为什么要研究核聚变随着科学校术和社会生产力的不断发展能源的位置显得越来越重要，人类也在不断扩大能源的利用范围。类又进入了利用原子核能的新时代。但是总的来看，全世界目前的能源仍以煤、石油、天然气等化石燃料为主。然而，这些化石燃料又是极其宝贵的化工原料，可以提炼加工各种化学纤维、塑料、尼龙、橡胶、化肥等化工产品。将这样好的化工原料化作一团熊熊大火，仅仅利用燃烧时放出的一部分热量，实在可惜。随着社会生产力的发展和人类生活水平的提高，世界能源消耗量愈来愈大。近几十年来，几乎每十年增长一倍。估计全世界煤、石油、天然气的储量只能供人类再使用一百年左右。因此，摆在人类面前一项紧迫的战略任务就是探索新能源。目前正在研究开发的新能源主要有：地热能、潮汐能、太阳能。这几种新能源，各有特点，都有实用价值。但是从根本上来说他们都只能作为一种辅助能源。要让这几种能源作为整个社会生产和人类生活所需的基本动力来源目前却是不可能的。从五十年代开始登上世界能源舞台的核电站显示了巨大的威力。只要燃烧极少的燃料就可获得巨大的能量。但是，这种核电站是以原子核的裂变反应为基础的．产生的放射性废物处理比较困难，而且主要核燃料铀的储量相对其它元素来说并不丰富，开采和提炼又十分困难，因此原子核的裂变能并不是人类最理想的能源。唯有一种完全崭新的能源一一原子核的聚变能才是人类未来最理想的新能源。它的物理基础是轻原于核(氢的同位素氘和氚)发生聚变核反应。它具有许多其它能源都无可比拟的令人神往的突出优点。首先它的原料储量极其丰富因其主要燃料氘跟氧结合成重水存在于海水之中。每公斤海水含氘0.03克。地球上有海水1021千克，含氘3×1016千克，目前全世界能源消耗水乎每年2×1020焦耳，只霜燃烧106千克氘就够了。可见地球上的氘够用3×1010年之久！考虑到能源消耗水平的逐年增加，也足以用上1010年，就是几百亿年，这是多么巨大的数字！地球的年龄也不过50亿年，人类历史不过几百万年。可见，核聚变能源一旦实现，浩瀚的汪洋大海将成为人类能源的原料仓库，取之不尽。用之不竭。人类从此再也不必为能源问题而操心了。

中国核聚变博物馆讲解词

中国核聚变博物馆讲解词各位——：上午好，欢迎来到中国核聚变博物馆参观，我是今天的讲解员，今天将由我带领大家参观并给大家介绍中国核聚变博物馆，预祝大家参观愉快！现在各位所在的这个地方，就是1991年江泽民总书记和温家宝总理亲自视察过的地方，是中国第一座人造太阳实验装置——中国环流器一号的实验大厅，中国环流器一号装置是一个受控核聚变装置，它是中国第四个五年计划第一号工程项目，简称451工程。中国核聚变博物馆是在中国核工业西南物理研究院领导的关心和大力支持下，在中国环流器新一号的实验大厅原址重建起来的一座综合性博物馆。目地是为了对大学生进行爱国主义教育、科普教育和高科技的认知。大家现在看到的是核聚变反应分子式的模型，核聚变反应主要是借助氢的同位素氘和氚在超高温的条件下，发生原子核互相的聚合作用，生成较重的原子核氦和一个中子，并释放出巨大的能量。而这一能量的转换符合爱因斯坦著名的质能转换公式2 mc E (E 是能量、m 是质量亏损、c 是光速)。我国的核事业开始于建国之初的50年代。建国之初的中国不仅要医治战争创伤，还要进行抗美援朝战争。面对以美国为首的帝国主义的经济封锁、军事讹诈和战争威胁，为了国家的安全和防止新的世界大战发生，中国不得不花很大的气力来研制自己的

有效防卫武器，以打破帝国主义的核垄断。1955年，毛泽东主席强调指出：“要有原子弹。在今天的世界上，我们要没不受人家的欺负，就不能没有这个东西。””这一庄严宣告，揭开了中国研制原子弹的序幕。在1956年1月的最高国务院会议上，毛泽东主席再次说道：“搞一点原子弹、氢弹、洲际导弹，我看有十年功夫是完全可以的。我们也要搞人造卫星！邓小平同志也曾经指出：如果六十年以来中国没有原子弹、氢弹、没有发射卫星，中国就不能叫有重要影响的大国，也就没有现在这样的国际地位。江泽民总书记在1991年视察核工业西南物理研究院时欣然题词：“开发核聚变能源，造福子孙后代。而现任的国家主席胡锦涛同志也指出：“实现重点领域的跨越式发展，有效带动经济实力、科技实力、国防实力整体实力跃升。这里的诸多照片记录了党中央各界领导人对核工业事业发展的关怀和殷切希望党和国家领导人对核工业事业的关心和支持，激励着核工业人攻克下一个又一个的技术难题，创造出一个又一个的奇迹。 1964年10月16日我国第一颗原子弹爆炸成功，时隔仅仅两年零八个月，也就是1967年6月17日我国的第一颗氢弹也先于法国爆炸成功，1971年的9月第一艘核潜艇顺利下水，自此我国的核武器发展达到了国际水平，也建立起了世界上只有少数几个国家才拥有的完整的核科技工业体系。在民用方面我国也走出了一条投入少，效益高，发展快的核

简述核聚变的原理及应用前景

简述核聚变的原理及应用前景龚炜（1143022064）摘要：核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。释放的这些能量中很少的一部分用来维持聚变反应的继续进行，剩余的大部分能量将以热能的形式释放。我们研究核聚变反应很大程度上就是为了利用这剩余的能量。这些能量可以用于发电作动力源等。关键词：核聚变原理应用危害引言：人类社会进入高数发展的21世纪，对能源的需求将进一步增加。因为人类社会的发展是建立在能源消耗的基础上的，和能源技术的进步分不开，人类依赖能源而生存。据有关部门统计，人类从公元1年到公元1850年期间总共消耗7.4Q；从1850-1950年期间能量消耗为9Q；从1950-2000年期间能量消耗为11Q；预计2000-2050年将耗能61Q。面对日益加剧的能源消耗，而且常用的石油、天然气、煤炭等能源有限且对环境的污染较大。因此人类迫切需要一种储量大且对环境破坏小的能源，于是人类发现了聚变能。从此核聚变的研究竞相出现。正文：核聚变的原理主要原理：在标准的地面温度下，物质的原子核彼此靠近的程度只能达到原子的电子壳层核聚变微观示意图

所允许的程度。因此，原子相互作用中只是电子壳层相互影响。带有同性正电荷的原子核间的斥力阻止它们彼此接近，结果原子核没能发生碰撞而不发生核反应。要使参加聚变反应的原子核必须具有足够的动能，才能克服这一斥力而彼此靠近。提高反应物质的温度，就可增大原子核动能。反应条件：聚变反应需要高温，一个聚变反应释放出的能量很少，也是放出一些中子，这种小规模的核聚变反应还是可以借助人为的方法避开高温获得的，但如果要是大量的，就必须热核反应，使聚变反应变成一个自持的反应，就是自己维持自己的反应，就像烧火一样，煤要烧起来的话，一部分燃烧了，这部分燃烧产生的能量又影响到另外一部分温度提高了，另一部分又燃烧了，能量越多，煤燃起来的就越来越旺。聚变也是同样的性质，一个聚变了之后，能够放出一些中子，同时也产生一些能量，靠本身的聚变提供热的能量，维持温度。但这个温度要维持到一个很高的温度才能够维持热核聚变反应，温度要达到好几百万个摄氏度才能发生聚变反应，当少于这个温度的时候，聚变一会儿就熄灭了，就像烧火一样，火烧的不旺一会儿就了。这么高的高温，人为和其他的办法很难达到，只有靠原子核的裂变。聚变有一个好处就是没有核污染，而裂变有核污染。即将发生核聚变反应物理解释：物质由分子构成，分子由原子构成，原子中的原子核又由质子和中子构成，原子核外包覆与质子数量相等的电子。质子带正电，中子不带电。电子受原子核中正电的吸引，在"轨道"上围绕原子核旋转。不同元素的电子、质子数量也不同，如氢和氢同位素只有1个质子和1个电子，铀是天然元素中最重的原子，有92个质子和92个电子。核聚变是指由质量轻的原子（主要是指氢的同位素氘和氚）在超高温条件下，发生原子核互相聚合作用，生成较重的原子核（氦），并释放出巨大的能量。1千克氘全部聚变释放的能量相当11000吨煤炭。