
【化】 fusion reactor
【化】 fusion
【医】 cataclysm
reactor
【医】 reactor
聚变反应堆(fusion reactor)是一种通过可控核聚变反应产生能量的装置,其核心原理是将轻原子核(如氘和氚)在高温高压条件下结合成重原子核,并释放巨大能量。该技术被视为未来清洁能源的重要方向。
中文术语“聚变反应堆”对应英文“fusion reactor”,其中“聚变”指核聚变(nuclear fusion),“反应堆”指实现链式反应的容器系统。国际原子能机构(IAEA)将其定义为“通过磁约束或惯性约束实现可控热核反应的装置”。
等离子体约束系统
采用环形磁场的托卡马克(Tokamak)或激光惯性约束装置,将燃料加热至1亿摄氏度以上形成等离子体。ITER项目数据显示,目前最大实验装置等离子体体积可达840立方米。
燃料循环体系
主要使用氘(²H)和氚(³H)作为燃料,其中氘可通过海水提取(丰度0.003%),氚需通过锂增殖层产生。美国能源部报告指出,1升海水所含氘的聚变能量相当于300升汽油。
能量转换装置
通过中子慢化剂将动能转化为热能,再经蒸汽轮机发电。中国科学院合肥物质科学研究院的EAST装置已实现1.2亿摄氏度等离子体运行101秒纪录。
指标 | 核裂变堆 | 聚变反应堆 |
---|---|---|
燃料储量 | 铀矿有限 | 海水氘近乎无限 |
放射性废物 | 高放废物 | 低放短寿命废物 |
事故风险 | 可能熔毁 | 自动终止反应 |
能量密度 | 1kg铀=2700吨煤 | 1kg氘=1.1万吨煤 |
目前全球主要研究项目包括国际热核聚变实验堆(ITER)和中国环流器系列装置(HL-2M)。英国原子能管理局(UKAEA)的STEP计划预计2032年建成示范堆。
聚变反应堆是一种通过受控核聚变反应产生能量的装置,其核心目标是模拟太阳内部的能量释放过程,实现清洁、高效的能源生产。以下是综合多来源信息的详细解释:
聚变反应堆利用轻原子核(如氘和氚)在极端高温高压下发生聚变,生成更重的原子核(如氦),同时释放巨大能量。这一过程遵循爱因斯坦质能方程: $$ E=mc $$ 其中质量亏损($m$)转化为能量($E$)。为实现可控反应,需将燃料加热到上亿摄氏度形成等离子体,并通过磁场约束(如托卡马克装置的环形磁场)避免与容器接触。
对比项 | 聚变反应堆 | 裂变反应堆 |
---|---|---|
反应类型 | 轻核聚合 | 重核分裂 |
燃料储量 | 氘丰富(海水提取) | 铀矿有限 |
放射性废物 | 微量且半衰期短 | 大量长寿命核废料 |
能量密度 | 更高(单位质量) | 较低 |
(注:部分低权威来源提到的“增殖反应堆”实为裂变技术分支,与聚变无关,需注意区分。)
如需进一步了解技术细节,可参考ITER官网(来源1、6)或英国原子能管理局最新研究报告(来源7)。
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