科普之窗---您知道核聚变吗？ 欢迎您进入观看“科普之窗——您知道核聚变吗？”，本片为自动播放格式，为了让您顺利浏览观看本片，如果您浏览的页面不是“全屏显示”页面，请点击屏幕上方“浏览”中的“全屏显示” 进行浏览。

核聚变---未来能源之梦

水能 人类使用的大自然能源 风能 太阳能 潮汐能 生物能

　 人类赖于生存的能源并非是取之不尽用之不完的。进入21世纪后，依靠人类目前的技术,可开发的能源资源已面临严重不足的危机，当今煤、石油和天然气等矿石燃料资源日益枯竭，据世界能源会议统计，世界已探明可采煤炭储量共计15980亿吨，预计还可开采200年;探明可采石油储量共计1211亿吨，预计还可开采30～40年;探明可采天然气储量共计119万亿立方米，预计还可开采60年。新能源中，太阳能虽然用之不竭，但代价太高，并且就目前的技术发展情况来看，相当长一段时间里还不可能迅速发展和广泛使用,其它新能源也是如此，它们的规模受到环境、季节、地理位置等条件的限制，如风能、潮汐能、地热能等等。核能分为裂变能和聚变能两种。目前人类已经和平利用的只有裂变能，即核电站。裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。 秦山核电站

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。 氢弹爆炸——地球上实现的不可控核聚变

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。

受控核聚变就是根据这种太阳释放能量的原理，设法将氢弹爆炸瞬间完成的核聚变反应变成一个可以控制的过程，使释放的能量充分被人类利用。聚变反应的燃料是轻核，特别是氘、氚、氦3和锂，而其中的氘是天然存在的，可以从海水中提取。一公升海水里提取出的氘，在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量。根据科学家的分析，如果我们未来能建成一座1000兆瓦的核聚变电站，每年只需要从海水中提取304公斤的氘就可以产生1000兆瓦的电量，照此计算，地球上仅在海水中就含有的45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年，比太阳的寿命还要长。氘-氚聚变反应不产生长寿命的强放射性核废料，其少量放射性废料也很快失去放射性。氘-氘反应没有任何放射性。而且反应产物是无放射性污染的氦。另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核（裂变）电站的事故。因此，利用氢及其同位素的聚变反应产生的能源将是一种高效清洁、安全、环境友善，取之不尽，用之不竭，可以从根本上解决人类能源需求，带给地球和人类生机的能源。 未来聚变电站概念图

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 托卡马克概念图 ，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。

核聚变研究现状 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～1.5×1021keV·s·m-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。 日本JT-60U装置 欧共体JET装置 美国TFTR装置

中国环流器2号A(HL-2A)与聚变研究 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。 中国环流器二号A（HL-2A）装置 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。

实现高约束模式运行，需要包括加热、控制（包括位形、密度、杂质、再循环控制的改善）、电源、器壁处理、偏滤器抽气及诊断等能力同时达到较高水平。 HL-2A装置中控室 聚变科学所整流厅 2009年上半年,中国环流器二号Ａ装置上首次实现了偏滤器位形下的高约束模式运行。专家指出，这是中国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展，标志着中国磁约束聚变能源开发研究综合实力与水平得到了极大提高。 实现高约束模式运行，需要包括加热、控制（包括位形、密度、杂质、再循环控制的改善）、电源、器壁处理、偏滤器抽气及诊断等能力同时达到较高水平。 核物理学家、中国科学院资深院士李正武指出，实现高约束模式运行为开展国际聚变界热点问题的研究创造了一个全新的平台，为更高水平的研究创造了条件，必将加快中国聚变能源研究的步伐。

HL-2A取得重大进展 2009年6月12日中央电视台新闻联播报道我院核聚变装置实现高约束模式运行

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。 国际热核实验堆ITER装置

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。

2006年，磁约束核聚变被正式列入2006年至2020年《国家中长期科学和技术发展规划纲要》。纲要提出：“以参加国际热核聚变实验反应堆的建设和研究为契机，重点研究大型超导磁体技术、微波加热和驱动技术、中性束注入加热技术、包层技术、氚的大规模实时分离提纯技术、偏滤器技术、数值模拟、等离子体控制和诊断技术、示范堆所需关键材料技术，以及深化高温等离子体物理研究和某些以能源为目标的非托克马克途径的探索研究。”

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。

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。

超导研究 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、纳米材料（等离子束高速精细加工、高磁界中的材料开发、高周波环境下陶瓷烧制、超高真空环境、高性能材料的制造）等学科。 生命科学 高真空系统 纳米技术 信息通信 环境科学

因此，ITER计划的实施和核聚变研究开发的深入进行，必将带动人类高新科技技术领域的更大发展，同时在各个领域对人类作出积极的贡献。