• 回答数

    4

  • 浏览数

    206

夜未央周
首页 > 论文问答 > 关于核聚变和核裂变的论文怎么写

4个回答 默认排序
  • 默认排序
  • 按时间排序

蓝晶灵儿

已采纳
篇关于可控核聚变的文章2009年11月12日 星期四 01:48地球上的能量,无论是以矿石燃料,风力,水力还是动植物的形式储存起来的,最终的来源都是太阳:矿石燃料是由千百万年前的动植物演变而来的,而动植物(无论是今天的还是以前的)的能量最终是要来源于食物链底端的植物的光和作用所储存的太阳能;风的起因是由于太阳对大气的加热造成的冷热不均;水力的势能一样要靠太阳的加热使处于低平位置的水体蒸发,上升,再以降水形式被“搬运”到较高位置,从而形成势能。因此,无论人类利用这其中哪一种能源,归根结底都是在利用太阳能,而太阳的能量则是来源于核聚变,因此,人类如果掌握了有序地释放核聚变的能量的办法,就等于掌握了太阳的能量来源,就等于掌握了无穷无尽的矿石燃料,风力和水力能源,一些人鼓吹的现代工业将因为没有能量来源而走向灭亡的观点也就破产了。因此,可控核聚变反应堆当之无愧地被称作“人造太阳”。我国在可控核聚变技术方面处于世界领先地位,最近即将开始运行的EAST反应堆是世界上第一个达到实用工程标准的反应堆,如果能够成功运行,那么,可控核聚变的商业发电的时日久不远了。在此,转载一篇介绍关于可控核聚变知识以及我国在这方面成就的文章,作者为中科院负责科技政策的人员:说说受控核聚变这件事核聚变首先,大家都知道,合肥的人造太阳的目的就是进行受控核聚变的研究,这个不多说了,先说说受控核聚变这件事情吧。1939年,美国物理学家贝特通过实验证实,把一个氘原子核用加速器加速后和一个氚原子核以极高的速度碰撞,两个原子核发生了融合,形成一个新的原子核——氦外加一个自由中子,在这个过程中释放出了6兆电子伏的能量。这就是太阳持续45亿年发光发热的原理。早在1933年,核聚变的原理就被提出,而5年后,改变世界格局的核裂变才被发现。核聚变反应堆的原理很简单,很好理解,只不过实现起来对于当时的人类技术水准,几乎是不可能的。第一步,作为反应体的混合气必须被加热到等离子态——也就是温度足够高到使得电子能脱离原子核的束缚,原子核能自由运动,这时才可能使得原子核发生直接接触,这个时候,需要大约10万摄氏度的温度。第二步,为了克服库伦力,也就是同样带正电子的原子核之间的斥力,原子核需要以极快的速度运行,得到这个速度,最简单的方法就是——继续加温,使得布朗运动达到一个疯狂的水平,要使原子核达到这种运行状态,需要上亿摄氏度的温度。然后就简单了,氚的原子核和氘的原子核以极大的速度,赤裸裸地发生碰撞,产生了新的氦核和新的中子,释放出巨大的能量。经过一段时间,反应体已经不需要外来能源的加热,核聚变的温度足够使得原子核继续发生聚变。这个过程只要氦原子核和中子被及时排除,新的氚和氘的混合气被输入到反应体,核聚变就能持续下去,产生的能量一小部分留在反应体内,维持链式反应,大部分可以输出,作为能源来使用。看起来很简单是吧,只有一个问题,你把这个高达上亿摄氏度的反应体放在哪里呢?迄今为止,人类还没有造出任何能经受1万摄氏度的化学结构,更不要说上亿摄氏度了。这就是为什么一槌子买卖的氢弹已经制造了50年后,人类还没能有效的从核聚变中获取能量的唯一原因。好了,人类是很聪明的,不能用化学结构的方法解决问题,我们就用物理的试验一下。早在50年前,两种约束高温反应体的理论就产生了,一种是惯性约束。这一方法把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内,然后从外面均匀射入激光束或粒子束,球面内层因而向内挤压。球内气体受到挤压,压力升高,温度也急剧升高,当温度达到需要的点火温度时,球内气体发生爆炸,产生大量热能。这样的爆炸每秒钟发生三四次,并持续不断地进行下去,释放出的能量就可以达到百万千瓦级的水平。这一理论的奠基人之一就是我国著名科学家王淦昌。另一种就是磁力约束,由于原子核是带正电的,那么我的磁场只要足够强大,你就跑不出去,我建立一个环形的磁场,那么你就只能沿着磁力线的方向,沿着螺旋形运动,跑不出我的范围,而在环形磁场之外的一点距离,我可以建立一个大型的换热装置(此时反应体的能量只能以热辐射的方式传到换热体),然后再使用人类已经很熟悉的方法,把热能转换成电能就是了。苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出的这种方法相对于惯性约束,目前世界受控核聚变研究,主要集中在这个领域上。托卡马克实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年,在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。貌似很顺利吧?其实不然,要想能够投入实际使用,必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行,我们称作能量增益因子——Q值。当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西,搞了十几年,也没有得到能量输出,直到1970年,前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出,不过要用当时最高级设备才能测出来,Q值大约是10亿分之一。别小看这个十亿分之一,这使得全世界看到了希望,于是全世界都在这种激励下大干快上,纷纷建设起自己的大型托卡马克装置,欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20(后来缩水成了T15,线圈小了,但是上了超导),日本的JT-60和美国的TFTR(托卡马克聚变实验反应器的缩写)。这些托卡马克装置一次次把能量增益因子(Q)值的纪录刷新,1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘-氚运行实验,使用6:1的氘氚混合燃料,受控核聚变反应持续了2秒钟,获得了17万千瓦输出功率,Q值达12。1993年,美国在TFTR上使用氘、氚1:1的燃料,两次实验释放的聚变能分别为3万千瓦和56万千瓦,Q值达到了28。1997年9月,联合欧洲环创29万千瓦的世界纪录,Q值达60,持续了2秒。仅过了39天,输出功率又提高到61万千瓦, Q值达到65。三个月以后,日本的JT-60上成功进行了氘-氘反应实验,换算到氘-氚反应,Q值可以达到1。后来,Q值又超过了25。这是第一次Q值大于1,尽管氘-氘反应是不能实用的(这个后面再说),但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。在这个大环境下,中国也不例外,在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号(HL-1)和CT-6,后来又建设了HT-6,HT-6B,以及改建了HL1M,新建了环流2号。有种说法,说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的,这是不对的,HT6/HL1的建设都早于俄罗斯赠送的HT-7系统。HT-7以前,中国的几个设备都是普通的托卡马克装置,而俄罗斯赠送的HT-7则是中国第一个“超脱卡马克”装置。什么是“超脱卡马克装置”呢?回过头来说,托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超脱卡马克。目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超脱卡马克装置,法国的Tore-Supra,俄罗斯的T-15,日本的JT-60U,和中国的EAST。除了EAST以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,EAST则第一次尝试做成了非原型截面。此外,在建的还有德国的螺旋石-7,规模比EAST大,但是技术水平差不多。混合燃料和燃料的来源核聚变的消耗的燃料是世界上十分常见的东西——氘,也就是重氢。新的问题出现了,仅仅有氘还是不够的,尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式,但我们人类现有条件下,根本无法控制氘-氘反应,它太猛烈了,所需要的温度要高得多,除了在实验室条件下一次性的实验外,很难让它链式反应下去——那是氢弹一样的威力。还好,人们发现了氘-氚反应的烈度要小很多,它的反应速度仅仅是氘-氘反应的100分之一,而点火温度反倒低得多,很适合人类现有条件下的利用。一个问题接着一个问题,氚不同于氘,在地球上几乎没有,现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的,人们通常是用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚——它是地球上最贵的东西之一,一克氚价值超过30万美元。这么贵的原料,显然是无法接受的,幸好上帝给人类又提供了一种好东西——锂,锂的2种同位素在被中子轰击之后,就会裂变,他们的产物都是氚和氦,目前为止人类在重水堆中制造氚,用的就是将锂靶件植入反应堆的方法。回核聚变上,氚和氘反应后,除了形成一个氦原子核之外,还有一个多余的中子,并且能量很高。好了,我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓度,那么核聚变产生的中子就会轰击锂核,促使锂核裂变,产生一个新的氚,这个氚则继续参与氚-氘反应,继而产生新的中子,链式反应形成了。所以,理论上我们只需要给反映体提供两种原料——氘和锂,就能实现氘-氚反应,并且维持它的进行。这两种原料还是比较容易取得的,氘在海水中的含量还是比较高的,我们只需要通过精馏法取得重水,然后再电解重水就能得到氘。而锂的资源总量虽然不如氘多,但是更容易取得一些,一方面海水中就包含足够的氯化锂,分离出来即可。另一方面,碳酸锂矿也不是稀有资源,更容易获得。ITER说到超脱卡马克,必须提到,2005年正式确定的国际合作项目ITER,也就是国际热核实验反应堆的缩写,这个项目从1985年开始,由苏联、美国、日本和欧共体提出,目的是建立第一个试验用的聚变反应堆。注意,ITER已经不是托卡马克装置了,而是试验反应堆,这是一大进步。最初方案是2010年建成一个实验堆,实现1500兆瓦功率输出,造价100亿美元。没想到因为各国想法不同,苏联解体,加上技术手段的限制,一直到了2000年也没有结果,其间美国干脆拍屁股走人——不干了,ITER陷入了胎死腹中的危险。直到2003年,能源危机加剧,各国又重视起来,首先是中国宣布加入了ITER计划,欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴。没几天美国也想:咱们不能落后啊,加上自己在这个领域没有优势,单干划不来,于是也宣布重返计划。紧接着,有点银子又有点基础的韩国和印度也凑了进来,ITER红红火火,重张大吉。扯皮扯了20年以后,2005年ITER正式立项,地点在法国的卡达拉申,基本设计不变,力争2015年前全面完成,造价120亿美元,欧盟出40%,法、中、日、美各出10%,剩下的想让别人平摊,韩国印度不干,力争让俄国也出10%,自己出5%,不知道皮有没有扯完。ITER凑巧是拉丁语“道路”,可见大家对这个东西抱有多大的希望。很有可能,她就是人类解决能源问题的“道路”。如果ITER能成功,下一步就是利用ITER的技术,设计和建造示范商用堆,到那时,离真正的商业核聚变发电就不远了。但是ITER建设中,还有大量的技术问题需要解决,需要有一个原型可以参考,在此基础上,各国的先进超脱卡马克装置就成了设计ITER的蓝本。ITER的研究远非一个托卡马克装置,它还有很多难题需要攻克,地雷战里说“各村有各村的高招”,日本的外围设备研究就远远走在了其他国家前面,他们在托卡马克点火领域就很先进,不用高压变压器,直接使用高频电流制造核聚变点火的高温等离子体电流,就已经在日本试验成功了,大功率激光点火也接近完善。EASTEAST是目前为止,超托卡马克反应体部分,唯一能给ITER提供实验数据的装置,他的结构和应用的技术与规划中的ITER完全一样,没有的仅仅是换能部分。EAST解决了几个重要问题:第一次采用了非圆型垂直截面,目的是在不增加环形直径的前提下增加反应体的体积,提高磁场效率。第一次全部采用了液氦无损耗的超导体系。液氦是很贵的,只有在线圈材料上下功夫,尽量少用液氦,同时让液氦可以循环使用,尽量减少损耗的系统才可能投入实用。此外,EAST还是世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克,它的第一壁是主动冷却的,目前连接的是一个大型冷却塔,它的冷却水可以保证在长时间运行后将反应产生的热量带走,维持系统的温度平衡,一方面是为真正实现稳定的受控聚变迈出的重要一步,另一方面也是工程化的重要标志——冷却塔换成汽轮机是可以发电的。结合一些相关资料,目前世界这个领域普遍认为EAST将是第一个能长时间稳定运行的,Q值能达到1的托卡马克装置,当然这可能还要1-2年的时间。就EAST来说,从某种意义上,它就是ITER主反应体大约1/4的一个原型实验装置。自1840年以后,天朝终于也在世界上先进了一小把,这就足够值得骄傲了。新的发展方向人类没有被一个ITER限定死,很多可控核聚变领域的研究也层出不穷。前几年出现了冷核聚变的说法,就是将氘化丙酮以一定的频率进行震动,发现产生的微小气泡里面产生了核聚变,还有一部以此为背景的电影《圣徒》,但是目前看来,由于被认为不可重现,缺乏理论依据,基本可以认定是伪科学了。另外托克马克也不都是环形的,长径比到一定程度,就出现了球形的装置,造价低,有效截面大,很可能是未来的发展方向,顺便说一下,离我不到500米,就有一台这个设备——科学院物理所的SUNIST。此外,惯性约束核聚变也是一个很有前途的方向,实际上我认为惯性约束的思想很聪明,它实际上就是用很多小型的非受控核聚变实现总体的受控核聚变,它的结构要比磁性约束简单很多,它也是一个重点地研究领域,在新闻中看到的国内的新型的大型激光器什么的,绝大多数都是干这个用的。人造太阳和中国中国在这个领域有先天的优势,加上机遇很好,走到世界第一集团,不是偶然的。说先天优势,是因为我们有王淦昌先生这样一批理论上的大师,使得我们的基础并不落后。国家对于能源的重视不是一天两天了,自1956年的12年科学规划以来,核聚变的研究已经进行了半个世纪,积累了大量的经验。还有一个上帝送给我们的好礼物:内蒙古白云鄂博的稀土资源。它使得我们的超导工艺和激光技术并不落后——这可是受控核聚变的重要组成部分。说我们机遇好,一方面是当年苏联解体,俄罗斯贱卖家底,我们得到了俄国的HT-7超脱卡马克,使我们跨越性的认识了这一系统。另一方面,国际扯皮使得ITER拖了近20年,我们赢得了追上去的机会,试想1985年ITER正式开建,怎么可能有中国的事情?苍天已死,黄天当立,中国人在这个关乎人类生存的领域,总算占有了一席之地,希望能良好的发展下去,早日求得正果,若如此,不仅为华夏之福,更是寰宇之大幸也。
153 评论

贝壳里的海221

第一次能源革命是煤炭为主第二次能源革命是石油为主第三次能源革命是开发核能核能 核反应或核跃迁时释放的能量。例如重核裂变、轻核聚变时释放的巨大能量。 据估计,在世界上核裂变的主要燃料铀和钍的储量分别约为490万吨和275万吨。这些裂变燃料足可以用到聚变能时代。轻核聚变的燃料是氘和锂,1升海水能提取30毫克氘,在聚变反应中能产生约等于300升汽油的能量,即"1升海水约等于300升汽油",地球上海水中有40多万亿吨氘,足够人类使用百亿年。地球上的锂储量有2000多亿吨,锂可用来制造氚,足够人类在聚变能时代使用。况且以目前世界能源消费的水平来计算,地球上能够用于核聚变的氘和氚的数量,可供人类使用上千亿年。因此,有关能源专家认为,如果解决了核聚变技术,那么人类将能从根本上解决能源问题。

163 评论

无奇不爱

再生能源的意思是可以循环再生,电子就是电子,不会变成别的东西。核反应堆是再生能源,是核裂变的原理具体运用(人为减缓核裂变的速率并使其平稳进行)。核聚变的现实运用只有原子弹,核聚变释放的能量远远大于核裂变,不能人为控制速率,只能瞬间释放能量成为氢弹。(如果有人能像现在人类控制核裂变一样控制核聚变,诺贝尔物理学奖绝对是他的,意义如同发明极低成本的海水淡化技术)

204 评论

浩然真气

核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原子核,同时放出二个到三个中子和很大的能量,又能使别的原子核接着发生核裂变……,使过程持续进行下去,这种过程称作链式反应。原子核在发生核裂变时,释放出巨大的能量称为原子核能,俗称原子能。1克铀235完全发生核裂变后放出的能量相当于燃烧5吨煤所产生的能量。比原子弹威力更大的核武器是氢弹,就是利用核聚变来发挥作用的。核聚变的过程与核裂变相反,是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变,比如氢的同位素氘、氚等。核聚变也会放出巨大的能量,而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程,它的光和热就是由核聚变产生的。

188 评论

相关问答

  • 关于核聚变和核裂变的论文怎么写

    核裂变是一个原子核分裂成几个原子核的变化。只有一些质量非常大的原子核像铀、钍等才能发生核裂变。这些原子的原子核在吸收一个中子以后会分裂成两个或更多个质量较小的原

    依钱钱512 3人参与回答 2024-06-01
  • 关于核聚变和核裂变的论文

    篇关于可控核聚变的文章2009年11月12日 星期四 01:48地球上的能量,无论是以矿石燃料,风力,水力还是动植物的形式储存起来的,最终的来源都是太阳:矿石燃

    必须匿名 3人参与回答 2024-05-31
  • 关于核聚变和核裂变的论文题目

    一氘一氚聚变产生一个氦和一个中子,前两者的质量比一个氦和一个中子的质量和要大,产生的质量亏空变成了能量,至于那个中子去哪里了不得而知,反正不是消失了。裂变反应的

    动漫设计师 3人参与回答 2024-06-03
  • 关于核聚变和核裂变的论文标题

    裂,即分裂,是一个变多个 。聚,即聚集,是多个变一个。一核聚变就是小质量的两个原子合成一个比较大的原子 。二核裂变就是一个大质量的原子分裂成两个比较小的原子 。

    粉嘟嘟的Pinky 4人参与回答 2024-05-31
  • 关于核聚变的论文

    中国核电现状和前景我国核电比例要从2%到世界平均的16%,发展前景还很大。我国计划到2020年核电要投产运行8000万千瓦,正在建设12个机组。

    淘气别闹 3人参与回答 2024-06-02