核聚變，即輕原子核（氘和氚）結(jié)合成較重的原子核（氦）時放出巨大能量。

熱核反應[1]，或原子核的聚變反應，是當前很有前途的新能源。參與核反應的輕原子核，如氫（氕）、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應（參見核聚變）。熱核反應是氫彈爆炸的基礎，可在瞬間產(chǎn)生大量熱能，但目前尚無法加以利用。如能使熱核反應在一定約束區(qū)域內(nèi)，根據(jù)人們的意圖有控制地產(chǎn)生與進行，即可實現(xiàn)受控熱核反應。這正是目前在進行試驗研究的重大課題。受控熱核反應是聚變反應堆的基礎。聚變反應堆一旦成功，則可能向人類提供最清潔而又是取之不盡的能源。

[編輯本段]定義

核聚變是指由質(zhì)量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核互相聚合作用，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨著巨大的能量釋放的一種核反應形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。如果是由重的原子核變化為輕的原子核，叫核裂變，如原子彈爆炸；如果是由輕的原子核變化為重的原子核，叫核聚變，如太陽發(fā)光發(fā)熱的能量來源。

相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環(huán)境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。

目前人類已經(jīng)可以實現(xiàn)不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規(guī)模，實現(xiàn)持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變，但是現(xiàn)在看來還有很長的路要走。

目前主要的幾種可控核聚變方式：

超聲波核聚變

激光約束（慣性約束）核聚變

磁約束核聚變（托卡馬克）

[編輯本段]補充內(nèi)容

每克氘聚變時所釋放的能量為5.8x108kj，大于每克鈾235裂變時所釋放的能量（8.2x107kj）。從能源的角度考慮，核聚變有幾個方面比核裂變優(yōu)越：其一，聚變產(chǎn)物是穩(wěn)定的氦核，沒有放射性污染產(chǎn)生，沒有難于處理的廢料；其二，聚變原料氘的資源比較豐富，在海水中氘和氫之比為1.5x10－4∶1，地球上海水總量約為1018噸，其中蘊藏著大量的氘，提煉氘比提煉鈾容易得多。遺憾的是這個聚變反應需要非常高的溫度，以克服兩個帶正電的氘核之間的巨大排斥力（從理論計算，要克服這種庫侖斥力需要109c的高溫）。氫彈的制造原理，就是利用一個小的原子彈作為引爆裝置，產(chǎn)生瞬間高溫引發(fā)上述聚變反應發(fā)生強烈爆炸。氫元素的幾種同位素之間能發(fā)生多種聚變反應，這種變化過程存在于宇宙之間，太陽輻射出來的巨大能量就來源于這類核聚變。但我們目前尚沒有辦法在地球上利用這類核聚變發(fā)電，怎樣能取得這樣高的溫度？用什么材料制造反應器？怎樣控制聚變過程等各種問題尚無答案。

補充：中國核聚變裝置的最新消息：

新華網(wǎng)合肥9月29日電（記者喻菲蔡敏程士華）世界領先的中國新一代熱核聚變裝置east28日首次成功完成了放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。

負責這一項目的中國科學院等離子體所所長李建剛研究員在接受新華社記者采訪時說，此次實驗實現(xiàn)了裝置內(nèi)部1億度高溫，等離子體建立、圓截面放電等各階段的物理實驗，達到了預期效果。

工藝鑒定組專家、中科院基礎科學研究局金鐸研究員在實驗后的新聞發(fā)布會上宣布，east通過國家“九五”大科學工程工藝鑒定。參與east研究合作的美國通用原子能公司蓋瑞·杰克遜博士說：“east成為世界上第一個建成并真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置，它將在未來10年內(nèi)保持世界先進水平。”

據(jù)了解，east裝置是中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的。

記者在實驗控制室看到，這個近似圓柱形的大型物體由特種無磁不銹鋼建成，高約12米、直徑約5米，據(jù)介紹其總重量達400噸。

李建剛研究員說，與國際同類實驗裝置相比，east是使用資金最少、建設速度最快、投入運行最早、運行后獲得等離子放電最快的先進核聚變實驗裝置。

“這意味著人類在核聚能研究利用領域取得重大進步，也標志著中國在這一領域進入國際先進水平”，李建剛說。

人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。氫彈爆炸時釋放出極大的能量，給人類帶來的是災難。而科學家們卻希望發(fā)明一種裝置，可以有效地控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出，以解決人類面臨的能源短缺危機。

美、法等國在20世紀80年代中期發(fā)起了耗資46億歐元的國際熱核實驗反應堆（iter）計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產(chǎn)生能量的過程類似，因此受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為“人造太陽”。

中國于2003年加入iter計劃。位于安徽合肥的中科院等離子體所是這個國際科技合作計劃的國內(nèi)主要承擔單位，其研究建設的east裝置穩(wěn)定放電能力為創(chuàng)記錄的1000秒，超過世界上所有正在建設的同類裝置。

east大科學工程總經(jīng)理萬元熙教授說，與iter相比，east在規(guī)模上小很多，但兩者都是全超導非圓截面托卡馬克，即兩者的等離子體位形及主要的工程技術(shù)基礎是相似的，而east至少比iter早投入實驗運行10至15年。因此，無論從人才培養(yǎng)和奠定工程技術(shù)及物理基礎的角度上說，east都將為iter計劃做出重要的、實質(zhì)性的貢獻，并進而為人類開發(fā)和最終使用核聚變能做出重要貢獻。

不過，萬元熙研究員說，雖然“人造太陽”的奇觀在實驗室中初現(xiàn)，但離真正的商業(yè)運行還有相當長的距離，它所發(fā)出的電能在短時間內(nèi)還不可能進入人們的家中。但他預測，根據(jù)目前世界各國的研究狀況，這一夢想最快有可能在30－50年后實現(xiàn)。

萬元熙說，未來的穩(wěn)態(tài)運行的熱核聚堆用于商業(yè)運行后，所產(chǎn)生的能量夠人類用數(shù)億年乃至數(shù)十億年。從長遠來看，核能將是繼石油、煤和天然氣之后的主要能源，人類將從“石油文明”走向“核能文明”。

[編輯本段]原理

簡單的回答：根據(jù)愛因斯坦質(zhì)能方程e=mc2.

原子核發(fā)生聚變時，有一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量釋放出來。

只要微量的質(zhì)量就可以轉(zhuǎn)化成很大的能量。

兩個輕的原子核相碰，可以形成一個原子核并釋放出能量，這就是聚變反應，在這種反應中所釋放的能量稱聚變能。聚變能是核能利用的又一重要途徑。

最重要的聚變反應有：

式中d是氘核（重氫）、t是氚核（超重氫）。以上兩組反應總的效果是：

即每“燒’掉6個氘核共放出43.24mev能量，相當于每個核子平均放出3.6mev。它比n＋裂變反應中每個核子平均放出200／236＝0.85mev高4倍。因此聚變能是比裂變能更為巨大的一種核能。

核聚變能利用的燃料是氘（d）和氚。氘在海水中大量存在。海水中大約每600個氫原子中就有一個氘原子，海水中氘的總量約40萬億噸。每升海水中所含的氘完全聚變所釋放的聚變能相當于300升汽油燃料的能量。按目前世界消耗的能量計算，海水中氘的聚變能可用幾百億年。氚可以由鋰制造。鋰主要有鋰－6和鋰－7兩種同位素。鋰－6吸收一個熱中子后，可以變成氚并放出能量。鋰－7要吸收快中子才能變成氚。地球上鋰的儲量雖比氘少得多，也有兩千多億噸。用它來制造氚，足夠用到人類使用氘、氘聚變的年代。因此，核聚變能是一種取之不盡用之不竭的新能源。

在可以預見的地球上人類生存的時間內(nèi)，水的氘，足以滿足人類未來幾十億年對能源的需要。從這個意義上說，地球上的聚變?nèi)剂希瑢τ跐M足未來的需要說來，是無限豐富的，聚變能源的開發(fā)，將“一勞永逸”地解決人類的能源需要。六十多年來科學家們不懈的努力，已在這方面為人類展現(xiàn)出美好的前景。

典型的聚變反應是

411h—→42he20－1e2.67x107ev

21h21h—→32he10n3.2x106ev

21h21h—→31h11h4x106ev

31h21h—→42he10n1.76x107ev

后三個反應的凈反應是

521h—→42he32he11h210n2.48x107ev

即每5個21h聚變后放出2.48x107ev能量。

氘是相當豐富的氫同位素，在海洋中每6500個氫原子就有1個氘原子，這意味著海洋是極大量氘的潛在來源。僅在1l海水中就有1.03x1022個氘原子，就是說每1km3海水中氘原子所具有的潛在能量相當于燃燒13600億桶原油的能量，這個數(shù)字約為地球上蘊藏的石油總儲量。

要使原子核之間發(fā)生聚變，必須使它們接近到飛米級。要達到這個距離，就要使核具有很大的動能，以克服電荷間極大的斥力。要使核具有足夠的動能，必須把它們加熱到很高的溫度（幾百萬攝氏度以上）。因此，核聚變反應又叫熱核反應。原子彈爆炸產(chǎn)生的高溫可引起熱核反應，氫彈就是這樣爆炸的。

受控核聚變是等離子態(tài)的原子核在高溫下有控制地發(fā)生大量原子核聚變的反應，同時釋放出能量。氘是最重要的聚變?nèi)剂希Ｑ笫请臐撛趤碓矗坏┠軐崿F(xiàn)以氘為基本燃料的受控核聚變，人們就幾乎擁有了取之不盡、用之不竭的能源。氫彈爆炸釋放出來的大量聚變能、原子彈爆炸釋放出來的大量裂變能，都是不可控制的。在第一顆原子彈爆炸后僅十多年，人們就找到控制裂變反應的辦法，并建成了裂變電站。原以為氫彈炸爆后能建成聚變電站，但并不如此簡單，即使在地球條件下能發(fā)生的聚變反應：

31h21h—→42he10n1.76x107ev

也只能在極高的溫度（＞5000c）和足夠大的碰撞幾率條件下，才能大量發(fā)生。因此實際可作為能源使用的受控熱核聚變反應，必須在產(chǎn)生并加熱等離子體到億萬攝氏度高溫的同時，還要有效約束這一高溫等離子體。這就是近幾十年內(nèi)研究的難題和期望攻克的目標。中國的中科院物理所、中科院等離子物理所、西南物理研究院在實驗工程和理論研究各方面都做了許多的工作，也取得了許多重要的進展。

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