B 添加義項

核聚變，即輕原子核(例如氘和氚)結合成較重原子核(例如氦)時放出巨大能量。因為化學是在分子、原子層次上研究物質性質，組成，結構與變化規(guī)律的科學，而核聚變是發(fā)生在原子核層面上的，所以核聚變不屬于化學變化。

熱核反應，或原子核的聚變反應，是當前很有前途的新能源。參與核反應的氫原子核，如氫(氕)、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應(參見核聚變)。熱核反應是氫彈爆炸的基

氘、氚核聚變示意圖礎，可在瞬間產(chǎn)生大量熱能，但尚無法加以利用。如能使熱核反應在一定約束區(qū)域內(nèi)，根據(jù)人們的意圖有控制地產(chǎn)生與進行，即可實現(xiàn)受控熱核反應。這正是在進行試驗研究的重大課題。受控熱核反應是聚變反應堆的基礎。聚變反應堆一旦成功，則可能向人類提供最清潔而又是取之不盡的能源。

冷核聚變是指:在相對低溫(甚至常溫)下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變(恒星內(nèi)部熱核反應)而提出的一種概念性'假設'，這種設想將極大的降低反應要求，只要能夠在較低溫度下讓核外電子擺脫原子核的束縛，或者在較高溫度下用高強度、高密度磁場阻擋中子或者讓中子定向輸出，就可以使用更普通更簡單的設備產(chǎn)生可控冷核聚變反應，同時也使聚核反應更安全。

D(氘)和T(氚)聚變會產(chǎn)生大量的中子，而且攜帶有大量的能量(14.1)，中子對于人體和生物都非常危險。

聚變反應中子的麻煩之處在于中子可以跟反應裝置的墻壁發(fā)生

核反應。用一段時間之后就必須更換，很費錢。而且換下來的墻壁可能有放射性(取決于墻壁材料的選擇)，成了核廢料。還有一個不好的因素是氚具有放射性，而且氚也可能跟墻壁反應。

氘氚聚變只能算"第一代"聚變，優(yōu)點是燃料便宜，缺點是有中子。

"第二代"聚變是氘和氦3反應。這個反應本身不產(chǎn)生中子，但其中既然有氘，氘氘反應也會產(chǎn)生中子，可是總量非常非常少。如果第一代電站必須遠離鬧市區(qū)，第二代估計可以直接放在市中心。

"第三代"聚變是讓氦3跟氦3反應。這種聚變完全不會產(chǎn)生中子。這個反應堪稱終極聚變。

核聚變程序于1932年由澳洲科學家馬克·歐力峰(英語:MarkOliphant)所發(fā)現(xiàn)。隨后于1950年代早期，他在澳洲國立大學(ANU)成立了等離子體核聚變研究機構(FusionPlasmaResearch)。

核聚變是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下

太陽的能量來自它中心的熱核聚變(如超高溫和高壓)，發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化(從一種原子核變化為另外一種原子核)往往伴隨著能量的釋放。

實現(xiàn)方式

通常有三種方式來產(chǎn)生核聚變:1.重力場約束;2.慣性約束;3.磁約束。

其中主要的可控核聚變方式:

激光約束(慣性約束)核聚變(如我國的神光計劃，美國的國家點火計劃都是這種形式)

磁約束核聚變(托卡馬克、仿星器、磁鏡、反向場、球形環(huán)等)，這種方式目前被認為是最有前途的。

產(chǎn)生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們的太陽就是靠核聚變反應來給太

EAST全超導非圓截面核聚變實驗裝置陽系帶來光和熱，其中心溫度達到1500萬攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應，而地球上沒辦法獲得巨大的壓力，只能通過提高溫度來彌補，不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變?nèi)绱烁叩臏囟葲]有一種固體物質能夠承受，只能靠強大的磁場來約束。由此產(chǎn)生了磁約束核聚變。

對于慣性核聚變，核反應點火也成為問題。不過在2010年2月6日，美國利用高能激光實現(xiàn)核聚變點火所需條件。中國也有"神光2"將為我國的核聚變進行點火。

可行性較大的可控核聚變反應裝置是托卡馬克裝置。

托卡馬克是一種利用磁約束來實現(xiàn)受控核聚變的環(huán)性容器。它的名字Tokamak 來源于環(huán)形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位于蘇聯(lián)莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發(fā)明的。

托卡馬克的中央是一個環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克的內(nèi)部會產(chǎn)生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

我國也有兩座核聚變實驗裝置。

(1)核聚變釋放的能量比核裂變更大

(2)無高端核廢料，可不對環(huán)境構成大的污染

(3)燃料供應充足，地球上重氫有10萬億噸(每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚變產(chǎn)生的能量相當于300升汽油)

核聚變能利用的燃料是氘(D)和氚。氘在海水中大量存在。海水中大約每6500個氫原子中就有一個氘原子，海水中氘的總量約45萬億噸。每升海水中所含的氘完全聚變所釋放的聚變能相當于300升汽油燃料的能量。按世界消耗的能量計算，海水中氘的聚變能可用幾百億年。氚可以由鋰制造。鋰主要有鋰-6和鋰-7兩種同位素。鋰-6吸收一個熱中子后，可以變成氚并放出能量。鋰-7要吸收快中子才能變成氚。地球上鋰的儲量雖比氘少得多，也有兩千多億噸。用它來制造氚，足夠用到人類使用氘、氘聚變

國際熱核聚變實驗堆裝置示意圖的年代。因此，核聚變能是一種取之不盡用之不竭的新能源。

在可以預見的地球上人類生存的時間內(nèi)，水的氘，足以滿足人類未來幾十億年對能源的需要。從這個意義上說，地球上的聚變?nèi)剂?strong>，對于滿足未來的需要說來，是無限豐富的，聚變能源的開發(fā)，將"一勞永逸"地解決人類的能源需要。六十多年來科學家們不懈的努力，已在這方面為人類展現(xiàn)出美好的前景。

氘是相當豐富的氫同位素，在海洋中每6500個氫原子就有1個氘原子，這意味著海洋是極大量氘的潛在來源。僅在1L海水中就有1.03×10^22個氘原子，就是說每1Km^3海水中氘原子所具有的潛在能量相當于燃燒13600億桶原油的能量，這個數(shù)字約為地球上蘊藏的石油總儲量。經(jīng)過計算，1升海水中提取出的氘進行核聚變放出的能量相當于300升汽油燃燒釋放的能量。

反應要求與技術要求極高。

EAST全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置

從理論上看，用核聚變提供部分能源，是非常有益的。但人類還沒有辦法，對它們進行較好的利用。

(對于核裂變，由于原料鈾的儲量不多，政治干涉很大，放射性與危險性大，核裂變的優(yōu)勢無法完全利用。截至2006年，核能(核裂變能)發(fā)電占世界總電力約15%。說明了核裂變的應用的規(guī)模之大，更能說明優(yōu)勢比核裂變更大的核聚變能源前景更加光明?？茖W家們估計，到2025年以后，核聚變發(fā)電廠才有可能投入商業(yè)運營。2050年前后，受控核聚變發(fā)電將廣泛造福人類。 )

實現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實現(xiàn)上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近于成功，但要達到工業(yè)應用還差得遠。要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。

另一種實現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓(反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束)，就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度(大概需要幾十億度)時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒(1皮等于1萬億分之一)。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當于百萬千瓦級的發(fā)電站。

原理上雖然就這么簡單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術上的問題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉吹?strong>。

盡管實現(xiàn)受控熱核聚變?nèi)杂新L艱難的路程需要我們征服，但其美好前景的巨大誘惑力，正吸引著各國科學家在奮力攀登。

根據(jù)愛因斯坦質能方程E=mc，原子核發(fā)生聚變時，有一部分質量轉化為能量釋放出來。

只要微量的質量就可以轉化成很大的能量。

兩個氫的原子核相碰，可以形成一個原子核并釋放出能量，這就是聚變反應，在這種反應中所釋放的能量稱聚變能。聚變能是核能利用的又一重要途徑。

最重要的聚變反應有:

式中D是氘核(重氫)、T是氚核(超重氫)。以上兩組反應總的效果是:

即每"燒"掉6個氘核共放出43.24MeV能量，相當于每個核子平均放出3.6MeV。它比n+裂變反應中每個核子平均放出200/236=0.85MeV高4倍。因此聚變能是比裂變能更為巨大的一種核能。

要使原子核之間發(fā)生聚變，必須使它們接近到飛米級。要達到這個距離，就要使核具有很大的動能，以克服電荷間極大的斥力。要使核具有足夠的動能，必須把它們加熱到很高的溫度(幾百萬攝氏度以上)。因此，核聚變反應又叫熱核反應。原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫可引起熱核反應，氫彈就是這樣爆炸的。

受控核聚變是等離子態(tài)的原子核在高溫下有控制地發(fā)生大量原子核聚變的反應，同時釋放出能量。氘是最重要的聚變?nèi)剂?strong>，海洋是氘的潛在來源，一旦能實現(xiàn)以氘為基本燃料的受控核聚變，人們就幾乎擁有了取之不盡、用之不竭的能源。氫彈爆炸釋放出來的大量聚變能、原子彈爆炸釋放出

核動力技術來的大量裂變能，都是不可控制的。在第一顆原子彈爆炸后僅十多年，人們就找到控制裂變反應的辦法，并建成了裂變電站。原以為氫彈炸爆后能建成聚變電站，但并不如此簡單，即使在地球條件下能發(fā)生的聚變反應:

3H+2H-→4He+10n+1.76×10^7eV

也只能在極高的溫度(>4000 0000℃)和足夠大的碰撞幾率條件下，才能大量發(fā)生。因此實際可作為能源使用的受控熱核聚變反應，必須在產(chǎn)生并加熱等離子體到億萬攝氏度高溫的同時，還要有效約束這一高溫等離子體。這就是近幾十年內(nèi)研究的難題和期望攻克的目標。中國的中科院物理所、中科院等離子物理所、西南物理研究院在實驗工程和理論研究各方面都做了許多的工作，也取得了許多重要的進展。

主要的幾種可控核聚變方式:

1、超聲波核聚變

2、激光約束(慣性約束)核聚變

3、磁約束核聚變(托卡馬克)

EAST全超導非圓截面核聚變實驗裝置中國新一代熱核聚變裝置EAST2010年9月28日首次成功完成了放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。

負責這一項目的中國科學院等離子體所所長李建剛研究員說，此次實驗實現(xiàn)了裝置內(nèi)部1億度高溫，等離子體建立、圓截面放電等各階段的物理實驗，達到了預期效果。

EAST裝置是中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的。

美、法等國在20世紀80年代中期發(fā)起了耗資46億歐元的國際熱核實驗反應堆(ITER)計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產(chǎn)生能量的過程類似，因此受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為"人造太陽"。

中國于2003年加入ITER計劃。位于安徽合肥的中科院等離子體所是這個國際

國際熱核聚變實驗堆裝置示意圖科技合作計劃的國內(nèi)主要承擔單位，其研究建設的EAST裝置穩(wěn)定放電能力為創(chuàng)記錄的1000秒，超過世界上所有正在建設的同類裝置。

EAST大科學工程總經(jīng)理萬元熙教授說，與ITER相比，EAST在規(guī)模上小很多，但兩者都是全超導非圓截面托卡馬克，即兩者的等離子體位形及主要的工程技術基礎是相似的，而EAST至少比ITER早投入實驗運行10至15年。

據(jù)科技日報2014年10月17日消息，美國老牌軍工巨頭洛克希德馬丁公司近日宣布，其已在開發(fā)一種基于核聚變技術的能源方面取得技術突破，第一個小至可安裝在卡車后端的小型反應堆有望在十年內(nèi)誕生。

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"走向"核能文明"。