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研究报告

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开发核聚变能发展未来核电技术——专访核工业西南物理研究院院长刘永

一、核聚变能发展概述

1.核聚变能的原理与优势

核聚变能的原理源于恒星内部发生的能量释放过程。在高温和高压条件下，氢同位素如氘和氚的原子核可以克服静电斥力，发生融合反应，形成更重的氦原子核，同时释放出巨大的能量。这个过程与核裂变不同，核裂变是重原子核分裂成较小的核，而核聚变则是轻原子核结合成更重的核。核聚变释放的能量极其巨大，据估算，一克氘和氚的聚变释放的能量大约相当于280升汽油燃烧释放的能量。这一特性使得核聚变能成为一种极具潜力的清洁能源。例如，国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目，旨在建造一个能够产生净能量的聚变反应堆，通过模拟太阳内部的核聚变过程，有望在2035年实现首次聚变实验。

核聚变能的优势主要体现在以下几个方面。首先，资源丰富。地球上氘和氚的资源极为丰富，据估计，地球海水中的氘含量足以支持人类使用数十亿年。其次，清洁环保。核聚变反应过程中不产生长寿命放射性废物，也不产生温室气体，对环境的影响远小于传统化石燃料。此外，核聚变能的能量密度极高，一次聚变反应就能产生大量的能量，这使得核聚变能成为理想的远程能源。以ITER项目为例，它预计每秒钟能够产生500兆瓦的功率，是当前最先进的核裂变反应堆功率的十倍以上。

核聚变能的稳定性也是其重要优势之一。在恒星内部，核聚变反应在高温高压的环境下可以持续数亿年。在地球上的聚变反应堆中，虽然条件不如恒星内部那么极端，但通过精确控制反应条件，依然可以实现长时间的稳定运行。例如，日本国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目中的托卡马克装置，通过磁场约束等离子体，使核聚变反应能够稳定进行。这种稳定性使得核聚变能成为未来可持续能源的重要组成部分。

2.核聚变能的发展历程

(1)核聚变能的研究始于20世纪初，最早的理论探索可以追溯到1905年，当时爱因斯坦提出了著名的质能方程E=mc2，揭示了质量和能量之间的等价性。1938年，德国物理学家奥托·哈恩和弗里茨·施特拉斯曼发现了核裂变现象，这一发现为核聚变的研究提供了理论基础。1940年代，美国物理学家恩里科·费米领导的研究团队在芝加哥大学成功实现了人类历史上第一个可控核反应堆，尽管这是核裂变反应，但为核聚变研究积累了宝贵经验。

(2)1950年代，随着对核聚变原理的深入理解，科学家们开始尝试在地球上实现可控核聚变。1951年，美国在劳伦斯利弗莫尔国家实验室成功进行了首次氢弹试验，这标志着人类在核聚变领域取得了重大突破。此后，美国、苏联、英国、法国等国家纷纷投入大量资源进行核聚变研究。1968年，英国科学家马克·霍尔特和约翰·惠特克在奥尔德姆实验室成功实现了受控核聚变，尽管持续时间极短，但这一成就为后续研究奠定了基础。

(3)进入21世纪，核聚变能的研究进入了一个新的阶段。国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目于2006年启动，旨在建造一个能够产生净能量的聚变反应堆。ITER项目汇集了全球多个国家和地区的科学家和工程师，共同致力于实现核聚变能的商业化。此外，中国、韩国、日本等国家也纷纷启动了自己的核聚变研究项目。例如，中国的“东方超环”（EAST）装置成功实现了101秒的高约束模式等离子体运行，这是中国核聚变研究的重要里程碑。随着技术的不断进步，核聚变能的未来发展前景愈发光明。

3.核聚变能的国际发展趋势

(1)国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目是全球核聚变能研究的重要国际合作项目，旨在实现首个可控核聚变反应。该项目于2006年启动，预计2025年完成建设，2025年进行首次实验，2035年实现首次净能量产生。ITER项目汇集了35个成员国，包括中国、欧盟、美国、俄罗斯等，总投资超过200亿美元。该项目的研究成果将直接推动全球核聚变能技术的发展。

(2)在ITER项目的基础上，许多国家纷纷开展自己的核聚变研究项目。例如，中国的“东方超环”（EAST）装置已成功实现101秒的高约束模式等离子体运行，这是中国核聚变研究的重要突破。日本、韩国、俄罗斯等国家也都在积极推进各自的核聚变实验装置建设。此外，美国、欧盟等地区也在积极研究下一代核聚变技术，如磁约束聚变和惯性约束聚变。

(3)国际核聚变能研究的发展趋势还包括了商业化进程的加速。多家私营企业，如美国的三家能源公司、日本的ITERAK、韩国的K-Design等，都在积极研发商业化的核聚变反应堆。预计在未来20年内，商业化核聚变反应堆将逐步投入使用，为全球提供清洁、安全的能源。这一趋势将有助于推动全球能源结构的优化，应对气候变化等全球性挑战。

二、核工业西南物理研究院在核聚变研究中的地位

1.研究院的核聚变研究项目

(1)核工业西南物理研究院在核聚变研究领域取得了