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我想了解一下1.1 可控核聚变:基本原理与实现路径?

2025-5-5
我想了解一下1.1 可控核聚变:基本原理与实现路径?
1.1 可控核聚变:基本原理与实现路径?◼ 核聚变反应遵循质能方程:重核裂变、轻核聚变与原子核衰变等过程释放的能量即为核能,其能量大小与反应前后参与反应的原子核的质量差有关,其与原子核的结合能相关。从平均结合能曲线可看到,中等质量原子核的平均结合能较大,重核裂变或轻核聚变在产生中等质量原子核时会亏损一定的质量,这部分质量将转换为能量,并在核过程中被释放出来,遵循相对论ΔE=Δmc2。◼ 单次核聚变的实现过程:聚变需要克服库仑斥力,即使在静电势垒较低的氘-氚(D-T)聚变反应中,也需要5.5-11千万度的高温为粒子提供动能方可克服库仑斥力、进而发生聚变反应。主要的聚变类型有氘-氚(D-T)、氘-氦3(D-3He)、氢-硼(p-11B)及氘-氘(D-D)聚变。氘-氚(D-T)反应发展成为目前聚变研究的主流路线,主因其相对其他类型聚变反应所需要的粒子动能更小,可以在较低能量处即拥有较高的反应截面(概率)。◼ 自持核聚变的实现:实现自持核聚变,则需要做到能量增益因子Q=Pout/Pin≥1,才有可能使“点火”后由聚变本身产生的能量来驱动反应持续。以该要求导出自持核聚变的温度和密度条件,被称作劳森判据。劳森判据由温度、密度和能量约束时间三个参数衡量,三者乘积被称为聚变三乘积,氘-氚(D-T)聚变的三乘积最低,量级为1021keV·s/m-3,而氢硼反应的三乘积则需达到5×1021keV·s/m-3。因此,氘-氚(D-T)成为世界各国开展聚变研究的主流选择。图:结合能图:不同聚变类型的反应截面曲线图:氘-氚(D-T)聚变反应示意图资料来源:李建刚《可控核聚变研究现状及未来展望》,王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》,中国核技术网等,华源证券研究3