能源专家讲座《聚变能究竟离我们有多远》

聚变能究竟离我们有多远？

——主讲人：高喆

姓名/学号：xxx/2017xxxxxx

众所周知，力是改变物体运动状态的原因，即牛顿第二定律。对这一微分规律在时间和空间上进行累积，便有了冲量~动量，与能量~功~动能。可以说，能量就是现在的自然科学体系的生命力，没有能量，各种机械活动、电磁活动乃至生命的活动便无从谈起。

但是，获得能量的途径千差万别，转化做功的效率也很悬殊。在热力学规律的制约下，寻找高效率低成本（按比例）的能源迫在眉睫。随着对物质结构的深层次理解，人们发现越是深层次的物质反应与作用，越是迸发出高能量。最终聚变能被发现。

聚变拥有无可比拟的优势。首先，剧变的原材料很丰富，至少其他能源无法与之相比；另外，反应的产物可以说是毫无污染，惰性元素和温室气体、酸碱盐相比生理危害可以忽略，更不用说高放射性的重核了；三是核聚变释放的能量比核裂变更大；再就是安全性，当然也有劣势，聚变反应要求与技术要求极高。从理论上看，用核聚变提供部分能源，是非常有益的。但人类还没有办法，对它们进行较好的利用。

核聚变发生的条件很苛刻。假定聚变堆中等离子体在聚变反应中提供的总能量以某一效率转换成电能，并回授给等离子体以补偿其能量损失（轫致辐射损失，由热传导以及粒子从等离子体逃逸引起的能量损失），使得聚变反应继续进行。只有当回授给等离子体的能量不

小于等离子体的能量损失时，即当：

η(Pr+Pb+PL)≥Pb+PL时，才能进行再循环并获得能量。

式中η为热能发电效率，Pr是热核聚变功率，Pb是等离子体的轫致辐射功率，PL=3nT/τ为热传导及粒子逃逸引起的能量损失功率，τ为能量约束时间，n和T分别是等离子体的密度和温度。由上式得出的关于等离子体的nτ和T所必须满足的条件，称为劳森条件或劳森判据。

美、法等国在20世纪80年代中期发起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（ITER）计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，为人类输送巨大的清洁能量。这一过程与太阳产生能量的过程类似，因此受控热核聚变实验装置也被俗称为“人造太阳”。

中国于2003年加入ITER计划。位于安徽合肥的中科院等离子体所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位，其研究建设的EAST装置稳定放电能力为创记录的1000秒，超过世界上所有正在建设的同类装置。

EAST大科学工程总经理万元熙教授说，与ITER相比，EAST在规模上小很多，但两者都是全超导非圆截面托卡马克，即两者的等离子体位形及主要的工程技术基础是相似的，而EAST至少比ITER早投入实验运行10至15年。

据科技日报2014年10月17日消息，美国老牌军工巨头洛克希德马丁公司近日宣布，其已在开发一种基于核聚变技术的能源方面取得技术突破，第一个小至可安装在卡车后端的小型反应堆有望在十

年内诞生。

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”。