熱核發電

熱核發電是利用受控熱核反應，使聚變能持續地釋放並轉換成電能。為了解決世界的能源與環境問題，發展新型低碳能源成為各國研究的熱點，而核聚變能具有明顯的優勢，有望成為未來理想的能源。

核聚變發電的最終實現還需很長的時間。

基本介紹

• 中文名：熱核發電
• 外文名：Thermonuclear fusion power
• 釋義：使聚變能持續地釋放並轉換成電能
• 反應類型：受控熱核反應
• 核聚變實驗：ITER、HL-2A、EAST、FT-2
• 反應條件：足夠高溫度、充分約束、保證自持

簡介

熱核發電是利用受控熱核反應，使聚變能持續地釋放並轉換成電能。核聚變發電是21世紀正在研究中的重要技術，主要是把聚變燃料加熱到1億度以上高溫，讓它產生核聚變，然後利用熱能。核聚變發電的最終實現還需很長的時間。

為了解決世界的能源與環境問題，發展新型低碳能源成為各國研究的熱點，而核聚變能具有明顯的優勢，有望成為未來理想的能源。為此，為了探索受控熱核聚變的可行性，國際上開展了各種核聚變實驗，例如國際熱核實驗反應堆（ITER）、德國的W7-X仿星器、中國的HL-2A和 EAST、美國的DI-II-D和HB-TEP、德國的ASDEX-U、日本的JT-60U、英國的JET和俄羅斯的FT-2等裝置。其中ITER計畫，總投資高達百億歐元，號稱當今世界上最昂貴的大科學工程。

熱核電站

熱核電站利用受控熱核反應，使聚變能持續地釋放並轉換成電能的裝置。熱核電站即是聚變電站，它的優點是：

(1)熱核反應以海水中的氘為燃料，來源豐富；

(2)燃料便宜，可降低發電成本；

(3)安全，沒有污染環境問題；

(4)有可能實現能量直接轉換，提高熱效率到90%，實現熱核電站還需相當長時間，系統全面的研究工作和巨額投資。

熱核反應裝置

由於受控熱核反應的誘人前景，各國科學家都在堅持不懈地努力設計、改進、探索受控熱核反應的裝置。典型的有，“托卡馬克”(準穩態環形磁場受控熱核裝置)、仿量器類型裝置(磁面裝置)、磁鏡裝置、箍縮裝置等。60年代以來，雷射技術異軍突起，取得了非常迅速的發展，雷射加熱有可能使熱核聚變不再用傳統的磁約束方法得以實現。隨著科學技術的發展，近幾年又提出許多新的實現受控熱核反應的方案。目前正在計畫利用重離子加速器，擬議加速127I的重離子讓它饋入高能的貯存環，分成幾路去轟擊氘-氚小丸，引起聚變，初步預計它比雷射聚變方案可能更為有利。另外也有人考慮用能量為100萬電子伏特、電流強度為20萬安培的所謂“強電流相對論電子束”去轟擊氘-氚小丸，同樣使小丸加熱和壓縮，從而實現熱核反應。除了熱核反應，已經發現所謂的“冷核反應”是實現輕核聚變的 一個發展方向，由於還有些問題解決不了，目前還不能實用。

熱核反應

把輕元素物質加熱到極高溫度，使其原子核具有極大的熱運動動能，在彼此碰撞時，克服強大的庫侖斥力而進行的聚變反應。它分為兩種：

瞬間不可控熱核反應

它是利用核子彈爆炸的瞬間所造成的幾百萬度到到幾千萬度的高溫而引起反應的，即氫彈爆作，這已在地球上實現。

受控熱核反應

是目前各國科學家研究的前沿尖端課題。

受控熱核反應條件

產生可控制的熱核反應比產生爆炸式的熱核反應要複雜得多，也困難得多，因而至今還未得到完滿解決。要產生可控制的熱核反應必須具備下述一些條件：

足夠高的溫度

處於幾百萬度或幾千萬度(℃)的高溫下的物質，基本上就是原子核氣體和電子氣體的混合體，物質的這種狀態稱為等離子氣體狀態。在幾千萬度的高溫下，等離子氣體中的每個原子核的平均熱動能約為幾千電子伏特，在這個能量下，聚變的機率還是很小。但是原子核的熱運動能量是按統計規律分布的，亦即有一部分原子核的能量可能是很大的，因此就有一部分核可能進行聚變反應。溫度越高，聚變的機率愈大，聚變反應進行的愈快。如果將鋰和氫的混和物加熱到2000萬度，只需幾秒鐘就能全部聚變為氮。

充分約束

即把高溫下的等離子氣體約束在一定的區域內，並保持足夠的時間，使其充分聚變。讓高溫高壓下的等離子氣體懸在容器當中，避免它和容器壁有任何接觸，否則高溫等離子氣體會冷卻下來，使反應不能進行。而且容器本身接觸高溫也會熔化甚至燃毀。

相當低的密度

高溫下的等離子氣體具有極高的壓強。例如，氘在容器內加熱到10萬度(℃)時，壓強可達1 500個大氣壓(約150兆帕)，而在幾千萬度高溫時壓強將更大，很易引起爆炸。為此，熱核反應裝置中的等離子氣體密度必須很小。單位體積內的粒子數一般不超過10個，即相當於常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一，也即抽到高度真空。

保證自持

通常利用磁場對等離子氣體進行約束，而對一定強度的磁場要有一個適當的電漿密度。聚變反應產生的能量與電漿氣體的平方成正比，磁場不僅約束電漿，不讓它與容器接觸，而且還可以對電漿進行壓縮，提高它的密度。處於高溫下的電漿的不穩定性，使它只能被約束一個很短的時間。為了使足夠數量的等離子氣體發生聚變反應，以便使由於反應所釋放的能量足夠抵償維持這個反應時整個系統所消耗的能量，讓聚變反應得以自持下去，就必須對參與反應時的等離子氣體密度N和實現對它可靠約束時間τ之間有一個要求，即N·τ>Ao，此即所謂的勞遜判據條件。

中國核電發展趨勢

中國正在加大能源結構調整力度。積極發展核電、風電、水電等清潔優質能源已刻不容緩。中國能源結構仍以煤炭為主體，清潔優質能源的比重偏低。

2014年中國運行核電機組22台，裝機容量達2029.658萬千瓦，核電發電量僅占全國發電量2.1%。在建的核電機組有26台，約2800萬千瓦。預計到2020年前，中國在運核電裝機達到5800萬千瓦，在建3000萬千瓦。到2050年，根據不同部門的估算，中國核電裝機容量可以分為高中低三種方案：高方案為3.6億千瓦（約占中國電力總裝機容量的30%），中方案為2.4億千瓦（約占中國電力總裝機容量的20%），低方案為1.2億千瓦（約占中國電力總裝機容量的10%）。

中國國家發展改革委員會正在制定中國核電發展民用工業規劃，準備到2020年中國電力總裝機容量預計為9億千瓦時，核電的比重將占電力總容量的4%，即是中國核電在2020年時將為3600-4000萬千瓦。也就是說，到2020年中國將建成40座相當於大亞灣那樣的百萬千瓦級的核電站。

從核電發展總趨勢來看，中國核電發展的技術路線和戰略路線早已明確並正在執行，當前發展壓水堆，中期發展快中子堆，遠期發展聚變堆。具體地說就是，發展熱中子反應堆核電站；為了充分利用鈾資源，採用鈾鈽循環的技術路線，中期發展快中子增殖反應堆核電站；遠期發展聚變堆核電站，從而基本上“永遠”解決能源需求的矛盾。