核聚变能源培训课件.ppt

nuclear fusion 核聚变能源 引言 1896年，贝克勒尔发现天然放射性，这是人们第一次观察到的核变化。 1915年Albert Einstein 由广义相对论导出质能方程 1933年，核聚变原理被提出 1939年，美国物理学家贝特通过粒子加速碰撞实验证实氘氚原子聚变，在这个过程中释放出了17.6兆电子伏的能量。这就是太阳持续45亿年发光发热的原理。 氘氘反应 氘氚反应 氘氚聚变是”第一代”聚变， “第二代”聚变是氘和氦3反应。 　“第三代”聚变是让氦3跟氦3反应。这个反应堪称终极聚变。 中子数逐渐减少 聚变 定义：由轻原子核熔合生成较重的原子核，同时释放出巨大能量的核反应。为此，轻核需要能量来克服库仑势垒，当该能量来自高温状态下的热运动时，聚变反应又称“热核反应”。 库仑势垒 热运动 克服 需要 点火温度 达到 DD反应5x10^9K DT反应1x10^8K 都比太阳中心温度高 聚变第二个条件 高压——压力可将氢原子挤在一起。氢原子之间的距离必须在1x10-15米以内，才能进行聚合。 太阳利用其质量和重力将核心内的氢原子挤压在一起。 我们要将氢原子挤压在一起，必须使用强大的磁场、激光或离子束。 解决方法 有两种方法可实现发生氢聚变所需的温度和压力： 磁约束使用磁场和电场来加热并挤压氢等离子体。法国的ITER项目使用的就是这种方法。 惯性约束使用激光束或离子束来挤压并加热氢等离子体。在美国劳伦斯利弗莫尔实验室的国家点火设施中，科学家们正在对这种试验方法展开研究。 激光核聚变 黑体辐射空腔： 相当于用强激光引爆一个个小型氢弹 腔壁与腔内的辐射能量达到平衡的腔 TOKAMAK 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，将其中的等离子体实现磁力约束以加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。 环型磁瓶装置与环型箍缩装置的结合 EAST EAST由实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导“Superconducting”、托卡马克“TOKAMAK”四个单词首字母拼写而成-先进实验超导托卡马克 位于中国合肥,2000 年开工，仍在不断改进 世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克 ITER的缩小实验版 ITER 从1985年被提出，期间几经波折，到2000年还未确定方案，直到2003年，能源危机加剧，各国又重视起来。 2005年欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和中国代表6月28日正式达成协议，决定法国南部马赛附近的卡达拉舍成为国际热核实验反应International Thermonuclear Experime的建设地 如果ITER能成功，下一步就是利用ITER的技术，设计和建造示范商用堆，到那时，离真正的商业核聚变发电就不远了 真空室——用于盛放等离子体，并将反应室置于真空中 中性束注入器（离子回旋系统）—— 将加速器释放的粒子束注入等离子体中，以便将等离子体加热到临界温度 磁场线圈（极向环形）——用磁场来约束、定型和抑制等离子体的超导磁体 变压器/中央螺线管——为磁场线圈供电 冷却设备（冷冻机、低温泵）——用于冷却磁体 包层模块——由锂制成，用于吸收核聚变反应中的热量和高能中子 收集器——排出核聚变反应中的氦产品 ITER反应堆主结构图 磁约束聚变过程的作用机制 核聚变的优缺点 核聚变释放的能量大 ：同质量的氘聚变约是铀核裂变的四倍，仅次于正反物质湮灭 安全：反应过程容易控制，核事故风险极低，与核裂变反应堆相比，核聚变所需的燃料较少。这样便避免了不可控的能量释放。与人类生存的自然界相比，大多数核聚变反应堆释放的辐射并不算多。 核废物更少——核聚变反应堆不像核裂变反应堆那样会生成大量的核废物，因而处理起来会更加容易。另外，核裂变所产生的废物属于武器级的核材料，而核聚变的废物则没有这样的危险 核聚变的优缺点 清洁——核电厂（无论是裂变还是聚变）不靠燃烧发电，不会造成空气污染。 燃料供应充足——氘可直接从海水中提取，大量的氚可从核反应堆本身的锂中获得，而锂又广泛存在于地壳中。核裂变所需的铀非常稀少，必须经过开采和浓缩后才能用于反应堆 反应要求极高，技术要求极高，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。 好好学习 天天向上 D417工作室