
【化】 fusion reactor
【化】 fusion
【醫】 cataclysm
reactor
【醫】 reactor
聚變反應堆(fusion reactor)是一種通過可控核聚變反應産生能量的裝置,其核心原理是将輕原子核(如氘和氚)在高溫高壓條件下結合成重原子核,并釋放巨大能量。該技術被視為未來清潔能源的重要方向。
中文術語“聚變反應堆”對應英文“fusion reactor”,其中“聚變”指核聚變(nuclear fusion),“反應堆”指實現鍊式反應的容器系統。國際原子能機構(IAEA)将其定義為“通過磁約束或慣性約束實現可控熱核反應的裝置”。
等離子體約束系統
采用環形磁場的托卡馬克(Tokamak)或激光慣性約束裝置,将燃料加熱至1億攝氏度以上形成等離子體。ITER項目數據顯示,目前最大實驗裝置等離子體體積可達840立方米。
燃料循環體系
主要使用氘(²H)和氚(³H)作為燃料,其中氘可通過海水提取(豐度0.003%),氚需通過锂增殖層産生。美國能源部報告指出,1升海水所含氘的聚變能量相當于300升汽油。
能量轉換裝置
通過中子慢化劑将動能轉化為熱能,再經蒸汽輪機發電。中國科學院合肥物質科學研究院的EAST裝置已實現1.2億攝氏度等離子體運行101秒紀錄。
指标 | 核裂變堆 | 聚變反應堆 |
---|---|---|
燃料儲量 | 鈾礦有限 | 海水氘近乎無限 |
放射性廢物 | 高放廢物 | 低放短壽命廢物 |
事故風險 | 可能熔毀 | 自動終止反應 |
能量密度 | 1kg鈾=2700噸煤 | 1kg氘=1.1萬噸煤 |
目前全球主要研究項目包括國際熱核聚變實驗堆(ITER)和中國環流器系列裝置(HL-2M)。英國原子能管理局(UKAEA)的STEP計劃預計2032年建成示範堆。
聚變反應堆是一種通過受控核聚變反應産生能量的裝置,其核心目标是模拟太陽内部的能量釋放過程,實現清潔、高效的能源生産。以下是綜合多來源信息的詳細解釋:
聚變反應堆利用輕原子核(如氘和氚)在極端高溫高壓下發生聚變,生成更重的原子核(如氦),同時釋放巨大能量。這一過程遵循愛因斯坦質能方程: $$ E=mc $$ 其中質量虧損($m$)轉化為能量($E$)。為實現可控反應,需将燃料加熱到上億攝氏度形成等離子體,并通過磁場約束(如托卡馬克裝置的環形磁場)避免與容器接觸。
對比項 | 聚變反應堆 | 裂變反應堆 |
---|---|---|
反應類型 | 輕核聚合 | 重核分裂 |
燃料儲量 | 氘豐富(海水提取) | 鈾礦有限 |
放射性廢物 | 微量且半衰期短 | 大量長壽命核廢料 |
能量密度 | 更高(單位質量) | 較低 |
(注:部分低權威來源提到的“增殖反應堆”實為裂變技術分支,與聚變無關,需注意區分。)
如需進一步了解技術細節,可參考ITER官網(來源1、6)或英國原子能管理局最新研究報告(來源7)。
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