核聚變原理及其應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-10-09 06:45 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 原子彈爆炸時形成的高溫高壓，使得氫彈里面的熱核燃料氘氚發(fā)生聚變反應(yīng)，釋放巨大能量，形成強(qiáng)大無比的破壞力?？上н@種瞬間的猛烈爆炸無法控制。要把聚變時放出的巨大能量作為社會生產(chǎn)和人類生活的能源，必須對劇烈的聚變核反應(yīng)加以控制，因而稱為受控核聚變 [8]。 利用核能的最終目標(biāo) 就 是要實現(xiàn)受控核聚變。 由于受控核聚變具有原料充足、 經(jīng)濟(jì)性能優(yōu)異、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢，因而有望成為人類取之不盡、用之不竭的理想能源。 （ 二 ） 磁約束核聚變 受控核聚變技術(shù)難度極高，核聚變的條件相當(dāng)苛刻，要求具有足夠高的點火溫度（幾千萬攝氏度甚至幾億攝氏度的高溫）、非常低的氣體密度（相當(dāng)于常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一），并保持溫度和密度足夠長的時間等 [8]。 美國在 1938 年開始使用磁場來束縛等離子體，這也是我們現(xiàn)在最常用的方法之一。在這方面，蘇聯(lián)邁出了堅實的第一步。 1954 年，蘇聯(lián)制造了一臺利用磁約束來控制核聚變的設(shè)備，命名為托卡馬克（ Tokimak） [9]。它采用超導(dǎo)線圈，將會產(chǎn)生相當(dāng)強(qiáng)烈的螺旋型磁場，將其中的高溫等離子體約束住，并與外界盡可能地絕熱 ，如圖 2所示 。 1968年，蘇聯(lián)的 T－ 3托克馬克獲得了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他設(shè)備的性能，更進(jìn)一步奠定了這種裝置廣泛使用的基礎(chǔ)。 據(jù)科學(xué)家估計，可控?zé)岷司圩兊难菔拘缘木圩兌褜⒂?2025 年實現(xiàn)，商用聚變堆將于 2040 年建成。商用堆建成之前，中國科學(xué)家還設(shè)計把超導(dǎo)托卡馬克裝置作為中子源，用于環(huán)境保護(hù)、科學(xué)研究及其它途徑。這一設(shè)想獲得國內(nèi)外專家較高評價。 圖 2 托卡馬克裝置內(nèi)部 6 然而這只是 受控核聚變研究的第一步。爐子點著了必須燒得很旺才能使用。受控核聚變研究的第二個目標(biāo)是使輸出的能量超過輸入的能量，獲得凈聚變能，建成核聚變發(fā)電站。 受控核聚變是人類安全利用核能的終極目標(biāo)，實現(xiàn)受控核聚變必然將人類科技提升到一個更加開闊的層面 [4]。 三 、 核聚變 反應(yīng) 的應(yīng)用 （一） 來自地獄的核武 — 氫彈 提到核聚變，大家都會想到這個讓人談之色變的武器 —— 核彈。 核彈是指利用爆炸性核反應(yīng)釋放出的巨大能量對目標(biāo)造成殺傷破壞作用的武器。爆炸性核反應(yīng)是利用能自持快速進(jìn)行的原子核裂變或聚變反應(yīng)，瞬間釋放出巨大能量產(chǎn)生的核反應(yīng)爆炸 而形成巨大殺傷破壞效應(yīng) [13]。 1945 年 8月 6日，美國空軍 B29超級堡壘轟炸機(jī)“艾諾拉 ?蓋”在廣島投擲核武器“小男孩”。 事件中估計 71379 位平民遇難，廣島遭受極大的破壞。這是原子彈的第一次引爆，并首次應(yīng)用于軍事行動。廣島、長崎的原子彈爆炸，迫使日本在第二次受襲后的第六日投降 [13]。 從此之后，盡管各國都在全力研發(fā)核武器，卻從未將之應(yīng)用于現(xiàn)代化戰(zhàn)爭。 1942 年，美國科學(xué)家在研制原子彈的過程中，推斷原子彈爆炸提供的能量有可能點燃?xì)浜耍鹁圩兎磻?yīng)，并想以此來制造一種威力比原子彈更大的超級彈 。 1952 年 11月 1日，美國進(jìn)行了世界上首次氫彈原理試驗， 到 1954 年，美國的第一顆實用型氫彈在比基發(fā)島試驗成功。 不甘其后的 蘇俄 也于 1961 年進(jìn)行了人類歷史上最為難忘的一次氫彈核試驗 [10]。 1961 年 10 月 30 日早上，重 26 噸的“大伊萬”氫彈被裝進(jìn)了 1 架圖 95 戰(zhàn)略轟炸機(jī)。飛機(jī)從距離試驗場 1000 公里以外的摩爾曼斯克奧列尼機(jī)場起飛。上午 11 時 32 分，“大伊萬”在試驗場上空爆炸。以最快的速度離開了投彈地點，并在爆炸前飛出
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