什么是核聚变_核聚变的简介

能源是人类文明得以维持和发展的基础，工业生产和人们的日常生活所需要的能源大部分来自地下的化石燃料—煤，石油和天然气。

然而这些经过数亿年到几十亿年形成的地下宝藏，以人类目前增长的消耗速度，将在百年内被开发殆尽，而且化石能源的应用过程会产生严重的环境污染问题。现在可利用的可再生能源包含水电、地热、太阳能和风能等，它们都是一种非常清洁的能源，但是由于受地理地质环境的限制，只能作为一种辅助补充的能源。

核裂变虽然能在一定程度上可以缓解人类的能源危机，但地球上有限的核裂变燃料储量也不能维持人类长期的需求，而且还面临安全以及核废料的环境污染等严重问题。聚变能是目前所知的唯一可以解决人类未来发展问题的新能源，从实际的可行性分析，本世纪中能作为聚变能应用的只能是基于氘氚反应的聚变堆。聚变能是通过氢的两种同位素氘（D）和氚（T）在高温或高压下发生聚变反应而产生的，而氘（D）在海水中的含量丰富；氚（T）可以采用中子轰击锂而获得，而且锂在地球上特别在海洋中储量很大。

同时单位质量的氘氚聚变所释放出的能量是单位质量的 235U 裂变所释放能量的 4 倍左右，从这个意义上来说，聚变能的大规模的利用将从根本上解决人类社会的能源问题。另外，和裂变能以及化石能源相比较，聚变能对环境的污染也要轻得多。因此，实现受控核聚变是人类高效、安全地利用核能的最终目标。

1.1 热核聚变

最早从实验中发现聚变反应可以释放能量的是F.W.Aston。他于1919年测量了4He 的原子质量和 1H 原子的质量。他认为 4He 是由 4 个 1 H 组成的，可是他发现 4He 的质 量比 4 个 1H 的质量之和大约少 1%左右。利用爱因斯坦的质能关系公式计算表明，这些质量差正好是在聚变合成过程中释放的能量。从获取能量的观点来看聚变反应主要

有以下几种反应：

D + D → T(1.01MeV) + p(3.03MeV)

D + D → 3He(0.82MeV) + n(2.45MeV)

D + T → 4He(3.52MeV) + n(14.06MeV)

D + 3He → 4He(3.67MeV) + p(14.67MeV)