核聚变ppt课件

核聚变-未来能源之梦,（FusionReactor）,1,人类使用的大自然能源,潮汐能,生物能,风能,太阳能,水能,2,对于裂变而言，由于存在着延迟好几秒的中子存在，有温度不是很高，故可在现有的技术上实现人工控制对于聚变而言，由于存在一个必要条件：高温。一般达到几亿度（为何要达到这么高温度），很多技术上难以实现。（相对于裂变）,3,人工受控聚变虽然还是一个传说，但是在将来这个传说必然成为现实。,4,核聚变反应原理,核聚变能是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时释放的能量，产生聚变的主要燃料之一是氢的同位素氘，氘广泛地分布在海水中。,5,1、聚变反应,D+T4He(3.52MeV)+n(14.1MeV)D+D3He(0.82)+n(2.45)D+3He4He(3.66)+p(14.6)D+DT(1.01)+p(3.02)DT反应是最可能得到实际应用的反应。DD反应是最终想要到达的反应。（丰富，清洁，难度大）,6,2、生产氚反应,6Li+n4He+T+4.78MeV氚是氢的同位素，它是放射性元素，半衰期为12.3a,在自然界很少，必须人工生产。生产氚的方法是：在聚变堆包层中装入锂，利用DT反应生成的高能中子与锂反应生成氚。,7,3、聚变有两条不同路径，从而通过这些途径成功实现人工控制,利用非常稀薄的燃料，故而反应速度减慢，这样就可以适当控制反应（托卡马克装置）。使燃料达到极高的密度，比液态氢的密度高一千倍以上，这样就可以产生类似氢弹中发生的爆炸，不过爆炸所释放的能量还不到氢弹输出能量的百万分之一，这个过程不断重复，就能类似于内燃机产生动力那样输出核能。,8,自然界以及人工中已存在的聚变中，“克服高温”的容器,9,核聚变的几种约束方式,太阳引力约束聚变地球上的万物靠着太阳源源不断的能量维持自身的发展。在太阳的中心，温度高达1500万（B-4-a）摄氏度，气压达到3000多亿个大气压，在这样的高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。太阳拥有极大质量，产生一个很强的引力场，把高温等离子体(B-4-b)约束。,10,核聚变高温的原因,由于发生聚变，即以结合力做正功产生核能，必须要使两个等离子体的核克服由于距离的拉近产生的库仑力做功，这就要求等离子体必须有足够的动能，才能到达使得核力能够起作用，从而把它们结合在一起。高温因素也是形成等离子体的因素。由于聚变需要高温等离子体，如果采用以实物质作为容器，不仅会被熔毁，也会使离子的能量降低，所以采用以场的形式约束。,11,12,氢弹惯性约束聚变氢弹是一种人工实现的、不可控制的热核反应，也是至今为止在地球上用人工方法大规模获取聚变能的唯一方法，但是它必须用裂变方式来点火，因此它实质上是裂变加聚变的混合体，总能量中裂变能和聚变能大体相等。氢弹，从本质上讲，是利用惯性力将高温等离子体进行动力性约束，简称惯性约束。惯性约束还有激光惯性约束，其中一个方案：在一个直径约为400m的小球内充以30-100大气压的氘-氚混合气体，让强劲率激光（目前达到1012W，争取1014W）均匀地从四面八方照射小球，使球内氘氚混合体的密度达到液体密度的一千到一万倍，温度达到108K而引起聚变反应。除激光惯性约束外，还有电子束等方案，但至今还没有一个成功。,13,14,可控聚变反应堆磁约束,最有发展潜力的是,15,可控聚变的希望磁约束,带电粒子（等离子体）在磁场中受洛伦兹力的作用而绕着磁力线运动，因而在与磁力线垂直的方向上就被约束住了。同时，等离子体也被电磁场加热。由于目前的技术水平还不可能使磁场强度超过10T，因而磁约束的高温等离子体必须非常稀薄。如果说惯性约束是企图靠增大粒子密度n来达到点火条件，那么磁约束则是靠增大约束时间。磁约束装置有很多种，其中最有希望的可能是环流器（环形电流器），又称托卡马克（Tokamak）,16,托卡马克概念图,20世纪50年代初期，前苏联科学家塔姆和萨哈罗夫，提出了实现磁约束容器的装置托卡马克装置，又称环流器。核聚变实现的条件苛刻,需要：1亿度以上的高温、长时间的约束在有限的空间中、足够高的密度。聚变装置（聚变堆）是多种高新技术的组合体，聚变研究水平在一定程度上代表了一个国家的综合科技水平。在此之后,，美国、英国、日本等国的大型托卡马克装置相继建成并投入使用。20世纪90年代，在欧洲、日本及美国的几个大型托卡马克装置上，聚变能研究取得了突破性进展。,17,陈文锦概念约束-电光火球,电光火球是定域于适当的磁场位形空间和速度空间的等离子体,18,特斯拉拿着两个电光火球正在玩杂技,19,依靠不加热方法在地球实现聚变的可行性（A-2-D）,20,安全能源,热核等离子条件产生困难，但破坏容易，任何事故都能使等离子体迅速冷却，聚变堆迅速停堆。堆内温度高（12）108K，但能量低，小于1GJ,事故释放能量小。聚变堆爆炸的危险比常规核电站低。,21,1991年11月在欧洲的JET装置上首次成功地进行了D-T放电实验，1997年,JET创下了输出聚变功率16.1MW、聚变能21.7MJ的世界最高纪录。美国的TFTR装置于1993年10月也实现了D-T聚变反应；近几年来，日本的JT-60U装置也取得了受控核聚变研究的最好成绩，获得了聚变反应堆级的等离子体参数：峰值离子温度45keV，电子温度10keV，等离子体密度1020m-3，聚变三乘积1.51021keVsm-3；等效聚变功率增益达到1.25。至此，聚变能的科学可行性基本得到论证，已经奠定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。,欧共体JET装置,美国TFTR装置,日本JT-60U装置,核聚变研究现状,22,中国环流器2号A(HL-2A)与聚变研究,1994年建成了中型托卡马克聚变实验装置中国环流器新一号HL-1M。2002年，又建成我国第一个具有偏滤器位形的大型托卡马克实验装置中国环流器二号A（HL-2A）。2003年，HL-2A装置在国内首次实现偏滤器位形放电。之后，HL-2A在高参数条件下连续重复开展稳定的偏滤器位形实验，在电子回旋加热实验中获得了4.93keV（约5500万度）的电子温度，在中性束加热中得到了2.5keV的离子温度，把我国核聚变实验研究的整体水平提升到一个新的高度。,中国环流器二号A（HL-2A）装置,我国科学家早在上个世纪50年代中期就开始了可控核聚变的研究。1984年，核工业西南物理研究院建成了中国最大的研究核聚变的托卡马克装置HL-1并在探索可控核聚变的道路上取得了重要进展。,23,国际热核实验堆ITER装置,由于核聚变研究是一项耗资巨大、研究周期相当长的大科学研究项目，人们开始认识到只有开展广泛的国际合作才是加速实现核聚变能利用的可行之路。2006年11月21日，中国、欧盟、美国、日本、俄罗斯、韩国、印度在法国巴黎正式签署了国际热核聚变实验堆ITER联合实施协定，ITER（国际热核聚变实验反应堆）是规划建设中的一个为验证全尺寸可控核聚变技术的可行性而设计的国际托卡马克实验堆。此项目预期将持续30年：10年用于建设，20年用于运行，总花费大约100亿美元。,24,核聚变能的研发对每个大国都是必要的，但却是一个长期、大规模、高投入而且又是高风险的过程。参加ITER计划，全面介入ITER的建设和实验，可以掌握ITER的知识和技术，使其成为我国聚变研究的一部分，并为国家培养一批聚变工程和科研人才，再配合聚变反应堆材料以及聚变堆某些必要技术的研究等，可以为我国自主开展核聚变示范电站的研发奠定强有力的基础。,25,核工业西南物理研究院是我国聚变能研发的重要力量，也是我国参与国际热核聚变堆研究计划的重要技术支撑单位之一。在长达半个世纪的核聚变科学研究中,核工业西南物理研究院实现了我国核聚变研究由原理探索到大规模装置实验的两次跨越发展，为我国核聚变能源开发事业做出了重要贡献。,26,核聚变技术的研究开发意义不仅仅在于实现核聚变能源的商业应用。尽管核聚变研究开发进程的道路艰难而曲折，但在漫长的核聚变科学研究过程中开发出的尖端技术同时又产生出众多对产业有贡献的革新技术.并带动了各个尖端科技领域的进步。,27,超导研究,高真空系统,信息通信,环境科学,纳米技术,生命科学,聚变中间技术的应用涉及的领域包括超导研究、高真空、生命科学、遥控密封、环境科学（地球模拟、电力储藏、环境气体精密测定、磁气分离系统、氢能源利用、微波电力输送）、密封、等离子体计量和控制、信息通信（超高速数据处理、遥控控制系统、大型液晶显示屏幕等）、RF加热技术、NBI加热技术