中鈾的含量只有3%左右,實(shí)際 上每年只消耗1t鈾),全自動(dòng)氮吹儀其運(yùn)輸量微不足道。所以,發(fā)展核電對(duì)緩解我國(guó)鐵路運(yùn)輸 壓力,意義尤為重大。核電是清潔能源,目前由于有了核電站,全世界每年減少 了20億t二氧化碳的排放。而且,核電站不像燃煤電站那樣向外部環(huán)境排放大 量煤渣、煙塵和硫、氮、碳等的氧化物以及汞、鎘、苯并芘等致癌物質(zhì)。 有鑒于此,發(fā)展核能將是今后能源發(fā)展的主要方向,是解決全球性能源枯竭 問(wèn)題及保護(hù)環(huán)境,保證可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。 6.受控核聚變的發(fā)展 把輕核聚合成較重原子核的反應(yīng)叫聚變。核聚變可釋放出比核裂變更巨大 得多的能量。但核聚變要求的條件也更苛刻得多,也更難控制。氫彈的爆炸就 是利用氫的同位素氘和氚的熱核聚變過(guò)程。氫彈是利用原子彈爆炸所產(chǎn)生的高 溫高壓來(lái)達(dá)到輕核聚變所要求的條件,整個(gè)氫彈的爆炸過(guò)程僅為百萬(wàn)分之幾秒, 是一種不可控制的釋能過(guò)程�,F(xiàn)在,人們期望使這種熱核反應(yīng)能在人工控制下 慢慢地進(jìn)行,并把所釋放出的能量變成電能輸出。這樣的過(guò)程就叫做受控?zé)岷? 反應(yīng)或受控核聚變。見(jiàn)圖1010。 第三節(jié) 新能源的開(kāi)發(fā)利用367 圖1010
托卡馬克裝置結(jié)構(gòu)示意圖 1—產(chǎn)生環(huán)場(chǎng)的線圈盤(pán)�。� —變壓器線圈�。� —等離子體電流 4—變壓器鐵心�。怠饘偻鈿ぁ。丁菪龍�(chǎng)�。� —環(huán)場(chǎng)Ht�。� —角場(chǎng)Hp 要實(shí)現(xiàn)受控?zé)岷朔磻?yīng),必須滿足兩個(gè)基本條件:一是溫度,二是等離子體密 度和約束時(shí)間。對(duì)于氘氚的核聚變反應(yīng),要求的溫度為1億攝氏度;而對(duì)于氘 氘的核裂變反應(yīng),則要求高達(dá)5億攝氏度。等離子體是指參加反應(yīng)的氣體完 全分解成帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子,即成為高度電離的氣體。等離子體 密度越大,越有利于聚變反應(yīng)的進(jìn)行。反應(yīng)堆里的等離子體密度最好是每立方 1418 厘米有10~10個(gè)原子核。約束時(shí)間是指參與反應(yīng)的等離子體被約束在一定 空間范圍內(nèi)的時(shí)間。約束時(shí)間越長(zhǎng),越有利于反應(yīng)的進(jìn)行。根據(jù)研究的結(jié)果,為 使聚變反應(yīng)堆達(dá)到自持的條件,等離子體的粒子密度和約束時(shí)間的乘積必須大 14 于某一常量,這個(gè)常量稱為勞遜條件。對(duì)氘氚反應(yīng)來(lái)說(shuō),勞遜條件應(yīng)超過(guò)10, 16 對(duì)氘氘反應(yīng)則應(yīng)超過(guò)10。 368第十章 能源與化學(xué)
聚變反應(yīng)等離子體溫度極高,用任何 材料制造的容器都“容納”不了。但是,等 離子體是帶電的粒子,在磁場(chǎng)中會(huì)受到磁 場(chǎng)的作用力。如果我們把磁場(chǎng)的形狀、強(qiáng) 度、分布都搞得比較合適,就可以使這些高 溫等離子體在規(guī)定的磁場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)而不向四 面八方擴(kuò)散,即用磁場(chǎng)把這些高溫粒子約 束住,這就是磁約束(見(jiàn)圖101 11 ),它起 到了任何容器都起不到的作用。用超導(dǎo)磁 體構(gòu)成的強(qiáng)大磁場(chǎng)可以達(dá)到6~8T,所能 約束的等離子體壓強(qiáng)已超過(guò)反應(yīng)堆所要求圖101 11 螺旋型磁場(chǎng) 的標(biāo)準(zhǔn)。此約束裝置有各種設(shè)計(jì),其中以(角場(chǎng)、環(huán)場(chǎng)的合成) 托卡馬克系統(tǒng)的性能最好,它以氘、氚各半 作為燃料,高溫等離子體在環(huán)管的中心部分進(jìn)行熱核反應(yīng)。 目前人工核聚變所用的原料,即核聚變?nèi)剂�,是氫的兩種同位素氘(D,21H)