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如何才能1.1 什么是可控核聚变?

2025-7-1
如何才能1.1 什么是可控核聚变?
1.1 什么是可控核聚变? 核聚变反应中有两个关键参数:聚变三乘积(即劳逊判据)以及聚变增益因子(即Q值) 满足劳逊条件才可实现点火。劳逊判据的核心是单位时间内聚变反应释放的能量必须大于系统损失的能量。具体来说,等离子体密度、能量约束时间和温度的乘积必须大于某个特定值,才能产生有效的聚变功率,从而实现核聚变反应的持续进行,这三者的乘积被称为“劳逊判据”。当满足劳逊判据时,意味着达到了核聚变的点火条件,即聚变反应可以自持地进行,无需再从外界输入能量。 提升Q值是促进可控核聚变商业化的关键。Q值即聚变能量增益因子,定义为聚变反应产生的输出功率与外界输入装置的功率之比。••••Q=1:输出能量与输入能量达到平衡。Q≥5:由于能量输入和输出过程会有能量损耗,为了保证反应时长,需要更高Q值(至少达到Q=5)才可能在不需要外部加热的条件下实现自我维持,达到真正的点火条件。Q≥10:如果再考虑到反应堆的建设和运营等成本,则Q值至少等于10达到经济平衡。Q>30:核聚变发电站有望实现商业化。2022年12月,劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的国家点火装置(NIF)首次实现了“净能量增益”,即聚变输出的能量超过输入能量;2025年4月7日,美国国家点火装置(NIF)实现第八次聚变点火,产生聚变能量8.6 MJ,靶能量增益因子Q值达到4.13,是全球首次实现靶Q值超过4倍的可控核聚变反应。图:获得核聚变反应的三要素图:NIF近年来在八次聚变点火实验中的靶能量增益Q值记录及变化趋势资料来源:王腾《超导磁体技术与磁约束核聚变》,华西证券研究所资料来源:上海电气集团中央研究院公众号,华西证券研究所5