核聚变（资料可跳过）

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核聚变，即轻原子核（氘和氚）结合成较重的原子核（氦）时放出巨大能量。

热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但目前尚无法加以利用。如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是目前在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

定义

核聚变是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，叫核裂变，如原子弹爆炸；如果是由轻的原子核变化为重的原子核，叫核聚变，如太阳光热的能量来源。

相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。

目前人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变，但是现在看来还有很长的路要走。

目前主要的几种可控核聚变方式：

超声波核聚变

激光约束（惯性约束）核聚变

磁约束核聚变（托卡马克）

补充内容

每克氘聚变时所释放的能量为5.8x108kj，大于每克铀235裂变时所释放的能量（8.2x107kj）。从能源的角度考虑，核聚变有几个方面比核裂变优越：其一，聚变产物是稳定的氦核，没有放射性污染产生，没有难于处理的废料；其二，聚变原料氘的资源比较丰富，在海水中氘和氢之比为1.5x10－4∶1，地球上海水总量约为1018吨，其中蕴藏着大量的氘，提炼氘比提炼铀容易得多。遗憾的是这个聚变反应需要非常高的温度，以克服两个带正电的氘核之间的巨大排斥力（从理论计算，要克服这种库仑斥力需要109c的高温）。氢弹的制造原理，就是利用一个小的原子弹作为引爆装置，产生瞬间高温引上述聚变反应生强烈爆炸。氢元素的几种同位素之间能生多种聚变反应，这种变化过程存在于宇宙之间，太阳辐射出来的巨大能量就来源于这类核聚变。但我们目前尚没有办法在地球上利用这类核聚变电，怎样能取得这样高的温度？用什么材料制造反应器？怎样控制聚变过程等各种问题尚无答案。

补充：中国核聚变装置的最新消息：

新华网合肥9月29日电（记者喻菲蔡敏程士华）世界领先的中国新一代热核聚变装置ast28日次成功完成了放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。

负责这一项目的中国科学院等离子体所所长李建刚研究员在接受新华社记者采访时说，此次实验实现了装置内部1亿度高温，等离子体建立、圆截面放电等各阶段的物理实验，达到了预期效果。

工艺鉴定组专家、中科院基础科学研究局金铎研究员在实验后的新闻布会上宣布，ast通过国家“九五”大科学工程工艺鉴定。参与ast研究合作的美国通用原子能公司盖瑞·杰克逊博士说：“ast成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，它将在未来10年内保持世界先进水平。”

据了解，ast装置是中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的。

记者在实验控制室看到，这个近似圆柱形的大型物体由特种无磁不锈钢建成，高约12米、直径约5米，据介绍其总重量达400吨。

李建刚研究员说，与国际同类实验装置相比，ast是使用资金最少、建设速度最快、投入运行最早、运行后获得等离子放电最快的先进核聚变实验装置。

“这意味着人类在核聚能研究利用领域取得重大进步，也标志着中国在这一领域进入国际先进水平”，李建刚说。

人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。氢弹爆炸时释放出极大的能量，给人类带来的是灾难。而科学家们却希望明一种装置，可以有效地控制“氢弹爆炸”的过程，让能量持续稳定的输出，以解决人类面临的能源短缺危机。

美、法等国在20世纪80年代中期起了耗资46亿欧元的国际热核实验反应堆（tr）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tr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ast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。

ast大科学工程总经理万元熙教授说，与tr相比，ast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ast至少比tr早投入实验运行10至15年。因此，无论从人才培养和奠定工程技术及物理基础的角度上说，ast都将为tr计划做出重要的、实质性的贡献，并进而为人类开和最终使用核聚变能做出重要贡献。

不过，万元熙研究员说，虽然“人造太阳”的奇观在实验室中初现，但离真正的商业运行还有相当长的距离，它所出的电能在短时间内还不可能进入人们的家中。但他预测，根据目前世界各国的研究状况，这一梦想最快有可能在30－50年后实现。

万元熙说，未来的稳态运行的热核聚堆用于商业运行后，所产生的能量够人类用数亿年乃至数十亿年。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”。

原理

简单的回答：根据爱因斯坦质能方程=c2.

原子核生聚变时，有一部分质量转化为能量释放出来。

只要微量的质量就可以转化成很大的能量。

两个轻的原子核相碰，可以形成一个原子核并释放出能量，这就是聚变反应，在这种反应中所释放的能量称聚变能。聚变能是核能利用的又一重要途径。

最重要的聚变反应有：

式中d是氘核（重氢）、t是氚核（超重氢）。以上两组反应总的效果是：

即每“烧’掉6个氘核共放出43．24v能量，相当于每个核子平均放出3．6v。它比n＋裂变反应中每个核子平均放出200／236＝0．85v高4倍。因此聚变能是比裂变能更为巨大的一种核能。

核聚变能利用的燃料是氘（d）和氚。氘在海水中大量存在。海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，海水中氘的总量约40万亿吨。每升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按目前世界消耗的能量计算，海水中氘的聚变能可用几百亿年。氚可以由锂制造。锂主要有锂－6和锂－7两种同位素。锂－6吸收一个热中子后，可以变成氚并放出能量。锂－7要吸收快中子才能变成氚。地球上锂的储量虽比氘少得多，也有两千多亿吨。用它来制造氚，足够用到人类使用氘、氘聚变的年代。因此，核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。

在可以预见的地球上人类生存的时间内，水的氘，足以满足人类未来几十亿年对能源的需要。从这个意义上说，地球上的聚变燃料，对于满足未来的需要说来，是无限丰富的，聚变能源的开，将“一劳永逸”地解决人类的能源需要。六十多年来科学家们不懈的努力，已在这方面为人类展现出美好的前景。

典型的聚变反应是

411h—→42h+20－1+2.67x107v

21h+21h—→32h+10n+3.2x106v

21h+21h—→31h+11h+4x106v

31h+21h—→42h+10n+1.76x107v

后三个反应的净反应是

521h—→42h+32h+11h+210n+2.48x107v

即每5个21h聚变后放出2.48x107v能量。

氘是相当丰富的氢同位素，在海洋中每6500个氢原子就有1个氘原子，这意味着海洋是极大量氘的潜在来源。仅在1l海水中就有1.03x1022个氘原子，就是说每1k3海水中氘原子所具有的潜在能量相当于燃烧13600亿桶原油的能量，这个数字约为地球上蕴藏的石油总储量。

要使原子核之间生聚变，必须使它们接近到飞米级。要达到这个距离，就要使核具有很大的动能，以克服电荷间极大的斥力。要使核具有足够的动能，必须把它们加热到很高的温度（几百万摄氏度以上）。因此，核聚变反应又叫热核反应。原子弹爆炸产生的高温可引起热核反应，氢弹就是这样爆炸的。

受控核聚变是等离子态的原子核在高温下有控制地生大量原子核聚变的反应，同时释放出能量。氘是最重要的聚变燃料，海洋是氘的潜在来源，一旦能实现以氘为基本燃料的受控核聚变，人们就几乎拥有了取之不尽、用之不竭的能源。氢弹爆炸释放出来的大量聚变能、原子弹爆炸释放出来的大量裂变能，都是不可控制的。在第一颗原子弹爆炸后仅十多年，人们就找到控制裂变反应的办法，并建成了裂变电站。原以为氢弹炸爆后能建成聚变电站，但并不如此简单，即使在地球条件下能生的聚变反应：

31h+21h—→42h+10n+1.76x107v

也只能在极高的温度（＞5000c）和足够大的碰撞几率条件下，才能大量生。因此实际可作为能源使用的受控热核聚变反应，必须在产生并加热等离子体到亿万摄氏度高温的同时，还要有效约束这一高温等离子体。这就是近几十年内研究的难题和期望攻克的目标。中国的中科院物理所、中科院等离子物理所、西南物理研究院在实验工程和理论研究各方面都做了许多的工作，也取得了许多重要的进展。