中鈾的含量只有3%左右,實際 上每年只消耗1t鈾),全自動氮吹儀其運輸量微不足道。所以,發展核電對緩解我國鐵路運輸 壓力,意義尤為重大。核電是清潔能源,目前由于有了核電站,全世界每年減少 了20億t二氧化碳的排放。而且,核電站不像燃煤電站那樣向外部環境排放大 量煤渣、煙塵和硫、氮、碳等的氧化物以及汞、鎘、苯并芘等致癌物質。 有鑒于此,發展核能將是今后能源發展的主要方向,是解決全球性能源枯竭 問題及保護環境,保證可持續發展的重要途徑。 。叮芸睾司圩兊陌l展 把輕核聚合成較重原子核的反應叫聚變。核聚變可釋放出比核裂變更巨大 得多的能量。但核聚變要求的條件也更苛刻得多,也更難控制。氫彈的爆炸就 是利用氫的同位素氘和氚的熱核聚變過程。氫彈是利用原子彈爆炸所產生的高 溫高壓來達到輕核聚變所要求的條件,整個氫彈的爆炸過程僅為百萬分之幾秒, 是一種不可控制的釋能過程,F在,人們期望使這種熱核反應能在人工控制下 慢慢地進行,并把所釋放出的能量變成電能輸出。這樣的過程就叫做受控熱核 反應或受控核聚變。見圖1010。 第三節 新能源的開發利用367 圖1010
托卡馬克裝置結構示意圖 1—產生環場的線圈盤。 —變壓器線圈。 —等離子體電流 4—變壓器鐵心。怠饘偻鈿ぁ。丁菪龍觥。 —環場Ht。 —角場Hp 要實現受控熱核反應,必須滿足兩個基本條件:一是溫度,二是等離子體密 度和約束時間。對于氘氚的核聚變反應,要求的溫度為1億攝氏度;而對于氘 氘的核裂變反應,則要求高達5億攝氏度。等離子體是指參加反應的氣體完 全分解成帶正電的原子核和帶負電的電子,即成為高度電離的氣體。等離子體 密度越大,越有利于聚變反應的進行。反應堆里的等離子體密度最好是每立方 1418 厘米有10~10個原子核。約束時間是指參與反應的等離子體被約束在一定 空間范圍內的時間。約束時間越長,越有利于反應的進行。根據研究的結果,為 使聚變反應堆達到自持的條件,等離子體的粒子密度和約束時間的乘積必須大 14 于某一常量,這個常量稱為勞遜條件。對氘氚反應來說,勞遜條件應超過10, 16 對氘氘反應則應超過10。 368第十章 能源與化學
聚變反應等離子體溫度極高,用任何 材料制造的容器都“容納”不了。但是,等 離子體是帶電的粒子,在磁場中會受到磁 場的作用力。如果我們把磁場的形狀、強 度、分布都搞得比較合適,就可以使這些高 溫等離子體在規定的磁場內運動而不向四 面八方擴散,即用磁場把這些高溫粒子約 束住,這就是磁約束(見圖101 11 ),它起 到了任何容器都起不到的作用。用超導磁 體構成的強大磁場可以達到6~8T,所能 約束的等離子體壓強已超過反應堆所要求圖101 11 螺旋型磁場 的標準。此約束裝置有各種設計,其中以(角場、環場的合成) 托卡馬克系統的性能最好,它以氘、氚各半 作為燃料,高溫等離子體在環管的中心部分進行熱核反應。 目前人工核聚變所用的原料,即核聚變燃料,是氫的兩種同位素氘(D,21H)