《型能源材料》ppt课件

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1、核聚变—托卡马克姓名：杨仁和一：核聚变的研究背景二：核能—核聚变和核裂变三：可控核聚变四：托卡马克（Tomaka）装置五：Tokama面临的问题六：EAST未来的发展方向目录：不可再生能源：人类的煤炭，石油等这些化石能源的储藏量大概可供人类再使用200年左右。可再生能源：风能，太阳能等具有一定的限制。所以说人类最终的能源一定核聚变。太阳就是一个巨大的聚变体，几十亿年为人类提供了光和热，所以说我们要解决能源问题就必须实现“可控核聚变”。一：核聚变的研究背景为实现“可控核聚变”科学家想了很多办法，希望在地球上能够实现“人造太阳

2、”这一梦想。“人造太阳”的梦想一旦实现，将会为人类带来100亿年以上的清洁能源。一：核聚变的研究背景随着工业社会的不断发展,能源的短缺问题越来越影响人类的生存与发展。由于目前发现的可持续能源形式有风能、太阳能、水能、生物能等清洁能源,这些都源于太阳聚变反应所发出的能量。各种新型能源受地域、输出功率、储量等限制,只能作为补充方案,难以进行大规模的开发利用。所以研究核能意义重大。一：核聚变的研究背景（1）核裂变核聚变的概念核裂变反应：一个重核裂变成两个或多个中等核数的核子，同时释放出巨大的能量。核聚变反应：两个轻核数的核子结合

3、成一个中等核数的核子，同时能释放出巨大的能量。二：核能—核裂变和核聚变热核聚变能是轻核聚变所释放的能量。地球上最容易实现的聚变反应是氘氚反应：D(氘)+T(氚)→(氦-4)+n(中子)+17.6MeV能量其中，中子携带14.1MeV能量。在1吨海水中氘约含40克、锂约0.15克，中子照射锂-6可造氚。（2）核聚变反应1）原料来源广泛：浩瀚的大海可为人类提供聚变能源至少几十亿年。其原料氘可从海水中提取，且含量丰富，氚可采用中子轰击锂得到,而锂也可从海水中大量提取。2）轻核反应无放射性：同时氘氚反应过程不产生放射性，即使14.

4、1MeV中子辐照到物质上所产生的放射性也是短寿命。（3）核聚变的优点聚变反应的产物为氦，对环境没有污染，可以自然排放。4）聚变释放能量高：相同质量的原料，聚变反应释放的能量是铀235裂变释能的4倍。5）成本低：1公斤浓缩铀的成本约为1.2万美元，而1公斤氘仅需300美元。3）对环境无污染：万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会产生放射性污染物，不会发生爆炸事故。7）人工可控聚变：6）安全可靠：因此,可控聚变能的利用被认为是最终解决人类能源问题的有效手段之一。目前进行的受控核聚变研究主要有两种途径：（1）惯性约束核聚

5、变（2）磁约束可控控核聚变而托卡马克装置被认为最有可能实现受控磁约束核聚变的方式之一。三：可控核聚变（1）惯性约束聚变惯性约束聚变(inertialconfinementfusion)：是利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是：利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。由于这种核聚变是依靠等离子体粒子自身的惯性约束作用而实现的，因而称为惯性约

6、束聚变。惯性约束聚变（2）磁约束可控核聚变用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。（2）磁约束受控核聚变等离子体受磁约束等离子体是不同于固体、液体和气体的物质第四态。物质由分子构成，分子由原子构成，原子由带正电的原子核和围绕它的、带负电的电子构成。当被加热到足够高的温度，外层电子摆脱原子核的束缚成为自由电子，电子离开原子核，这个过程就叫做“电离”。这时，物质就变成了由带正电的原子核和带负电的电子组成的、一团均匀

7、的浆糊，因此人们戏称它为“离子浆”，这些离子浆中正负电荷总量相等，因此它是近似电中性的，所以就叫等离子体。（3）等离子体等离子体(plasma)：又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质，其运动主要受电磁力支配，并表现出显著的集体行为。它广泛存在于宇宙中，等离子体是一种很好的导电体，利用经过巧妙设计的磁场可以捕捉、移动和加速等离子体。（3）等离子体等离子体（3）等离子体普通气体与等离子体的对比（3）等离子体托卡马克，是一种利用磁约束来实现可控核聚变的环形容器。托卡马克是一种

8、将磁力线弯曲为环形的磁约束装置，最初是在上世纪70年代由苏联科学家发明。该装置由中央环形的真空室及外绕线圈组成。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit）、线圈(kotushka)。四：托卡马克（Tokamak）装置托卡马克（Tokamak）托卡马克