核聚变研究简介汇总
7页1、核能的现状与未来摘要:核能作为清洁能源,引起人们广泛关注。本文就核能的现状和未来进行了论述,并重点讲述了核聚变研究的进展。关键词:核能;核聚变;Present situation and future of nuclear power(College of power engineering,Chongqing University,Chongqing400044,China)Abstract:as a clean energy, Nuclear power is widely attention. This paper discussed the present and future of nuclear power , and focused on the research progress of nuclear fusion. Keywords : Nuclear power; nuclear fusion; 0 引言能源短缺和环境恶化是21 世纪人类社会共同面临的两大难题, 此外, 我国能源还存在“ 人均资源占有量偏低”和“能源结构不合理”两大矛盾。“能源安全”已经成为我国的核
2、心安全问题之一。考虑到煤、石油、天然气等化石能源最终将枯竭,而水力、太阳能、风能、潮汐和地热等能源受地域、环境和气候制约, 难以成为化石燃料的替代能源, 发展低碳经济和开发新的低碳的替代能源成为了本世纪世界范围的重大课题。作为低碳能源,核能引起人们广泛关注。 核能分为核裂变能和核聚变能,重原子核( 如铀和钚) 分裂时释放的能量为核裂变能, 轻原子核( 如氘和氚) 聚合时释放的能量为核聚变能。1 核能的现状根据国际原子能机构(IAEA)的最新统计,截至2007年8月22日,全世界共有439台核电机组正在运行,另外还有30座反应堆系统正在建造中。核电总装机容量达到近372 GW,满足了世界约16和经合组织(OECD)国家25的电力需求。由于政治经济等诸多因素,当前西方国家的核电发展总体趋缓,核电在近期和远期的发展均集中在亚洲。截至2007年8月22日,在全世界30座在建反应堆中,有17座在亚洲。在最近并人电网的35座反应堆中,有24座在亚洲。但这并不是说西方国家在核能利用上已停步不前。事实上他们在大力发展核电新技术、积极开发新一代核电站方面是非常活跃的,其中尤以美国为代表,不仅开发了第三代
3、核电技术,而且还领导了第四代核电技术的研发。自从20世纪50年代核电站诞生以来,世界核电建设经历了三个阶段:实验示范阶段(1965年以前)、高速推广阶段(19661980年)和滞缓发展阶段(1981年至今)。开发了三代核反应堆,第一代反应堆以原型堆的形式在50、60年代投入应用;第二代反应堆以大型商业化核电站的形式在70年代出现并运行至今,包括美国、欧洲和日本的压水堆(PWR)与沸水堆(BWR)以及俄罗斯的轻水堆(WWER)和加拿大开发的坎杜重水堆(CANDU),第二代反应堆已经在经济和环境等方面验证了核电的安全性能和竞争力;第三代反应堆发展于9O年代,包括有美国研发的先进沸水堆(ABWR)、改进式先进压水堆(System 80+)和非能动先进压水堆(AP1000),以及法国推出的欧洲先进压水(EPR)。第三代反应堆将安全作为首要参考因素,主要目标是进一步提高第二代反应堆的安全性。此外,第四代反应堆的研究工作也已经逐步展开,这一代反应堆是未来的革命性反应堆系统,反应堆和燃料循环都将有重大革新和发展。2 核能的未来核聚变物质在低温状态下是固态,随着温度的升高会出现液态、气态,气态的物质被
4、继续加热会出现等离子状态,即在几万 以上时,气体将全部发生电离,变成带正电的离子和带负电的自由电子。这种等离子体被约束在托卡马克装置的环形室腔体内不与腔壁接触,加热电流继续在这一环形室中流动,与电流方向一致的强大外磁场保证了等离子体的稳定。当等离子体被加热到l0 以上,满足 rl0H时,就会发生轻原子核转为重原子核的核聚变反应,1个氘和1个氚聚变为1个氦核、放出1个中子(能量为14 MeV),伴随着这一反应放出17.6 MeV的巨大能量。现在人类实现可控核聚变所使用的轻核只有氘与氚。核聚变反应堆是一种满足核聚变条件从而利用其能量的装置。从目前看实现核聚变有2种方法,一一种是使用托卡马克装置实现,托卡马克是一环形装置,通过约束电磁波驱动,创造氘、氚实现聚变的环境和超高温,实现对聚变反应的控制;另一种方式是通过高能激光的方式实现。第一种方式已于20世纪90年代初实现,目前正在进行工程设计;第二种方式已接近突破的边缘。由于核聚变是在极高的温度下完成的,所以又常称其为热核反应。图1为氘一氚反应堆热核发电原理示意图图1 氘一氚反应堆热核发电原理示意图1 注入器;2 氚;3氘;4 水;5锂;6 等
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