《核聚变磁约束》PPT课件

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1、磁约束核聚变原理与发展前沿Magneticconfinementfusion理科生环地林楠人类的------人造太阳梦热核聚变前言核聚变（nuclearfusion），又称核融合、融合反应或聚变反应，是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压）让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核的互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦）的反应。核聚变是核裂变相反的核反应形式。由于核聚变反应温度极高，目前尚无容器能够承受，因此科学家正在努力研究可控核聚变，使核聚变成为未来的主要能量来源。目录核聚变

2、反应原理磁约束核聚变原理核聚变能源的优势磁约束核聚变的未来展望NO.1核聚变反应原理核聚变反应原理主要原理反应条件所需燃料可控核聚变的手段常温下，原子核之间由于斥力很难靠近，而当高温时，原子动能极大，可能使原子核间距非常小，从而发生核反应。核聚变就像烧火，温度不够高，火很快就会熄灭，因此核聚变需要核裂变提供高温，在高温中发生一定量的核聚变，从而提供继续反应的温度。氘与氚，氘在海洋中含量较为丰富，而氚则可以通过锂在中子的轰击下获得，利用一定弄的的锂和氘理论上可以形成氘-氚的链式反映，不过氘-氚反应极其危险，还有待改进。目前使核聚变处于可控范围的手段

3、主要有磁约束和惯性约束两种，磁约束主要利用磁场，惯性约束则主要依靠激光使外层气化，向内产生较大压力，再辅以高温发生核聚变NO.2磁约束核聚变原理12345磁约束的基本原理是带电粒子在磁场中受的洛伦兹力。两端呈瓶颈状的磁力线，因瓶颈处磁场较强能将带电粒子反射回来，从而限制粒子的纵向（沿磁力线方向）移动。但是仍有一部分其轨道与磁力线的夹角小于某值的带电粒子会逃逸出去。为了避免带电粒子的流失，曾经把磁力线连同等离子体弯曲连接成环形。后来又改进为呈8字形的圆环形磁力线管。实验上现最有成效的磁约束装置仍然是托卡马克装置。托卡马克型磁场约束法为实现磁力约束，

4、需要一个能产生足够强的环形磁场的装置，这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK，也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年，在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。貌似很顺利吧？其实不然，要想能够投入实际使用，必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行，我们称作能量增益因子——Q值。当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西，搞了十几年，也没有得到能量输出，直到1970年，前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出，不过要用当时最高级设备才能测出来，Q值

5、大约是10亿分之一。别小看这个十亿分之一，这使得全世界看到了希望，于是全世界都在这种激励下大干快上，纷纷建设起自己的大型托卡马克装置托卡马克的前世今生欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20（后来缩水成了T15，线圈小了，但是上了超导），日本的JT-60和美国的TFTR（托卡马克聚变实验反应器的缩写）。这些托卡马克装置一次次把能量增益因子（Q）值的纪录刷新，1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚变反应持续了2秒钟，获得了0.17万千瓦输出功率，Q值达0.12。1993年，美国在TFTR上使

6、用氘、氚1：1的燃料，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，Q值达到了0.28。1997年9月，联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录，Q值达0.60，持续了2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。三个月以后，日本的JT－60上成功进行了氘－氘反应实验，换算到氘－氘反应，Q值可以达到1。后来，Q值又超过了1.25。这是第一次Q值大于1，尽管氘-氘反应是不能实用的（这个后面再说），但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。在这个大环境下，中国也不例外，在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号（HL

7、-1）和CT-6，后来又建设了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建了环流2号。有种说法，说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的，这是不对的，HT6/HL1的建设都早于俄罗斯赠送的HT-7系统。HT-7以前，中国的几个设备都是普通的托卡马克装置，而俄罗斯赠送的HT-7则是中国第一个“超脱卡马克”装置。什么是“超托卡马克装置”呢？回过头来说，托卡马克装置的核心就是磁场，要产生磁场就要用线圈，就要通电，有线圈就有导线，有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场，就要给导线通过越大的电流，这个时候，导线里的电阻就出现了，电阻

8、使得线圈的效率降低，同时限制通过大的电流，不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸好，超导技术的发展使得托卡马克峰回路转，只要把线