原理裝置設計可控核反應是什麼

㈠ 什麼是可控核聚變

核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程。

可控的核聚變就是可以人為控制利用核聚變發出的巨大能量，方式主要是磁約束和慣性約束。

1. 最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內以實現上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近·，但要達到工業應用還差得遠。按照現有的技術水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。

2. 另一種實現核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發，受它的反作用，球面內層向內擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束）

㈡ 可控核聚變到底是什麼究竟有多難實現

是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程。自然界中最容易實現的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經持續了50億年。可控核聚變俗稱人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。

（核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，當然也不產生溫室氣體，基本不污染環境）人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。科學家們希望發明一種裝置，可以有效控制「氫彈爆炸」的過程，讓能量持續穩定的輸出。

詳細內容

地球上的能量，無論是以礦石燃料，風力，水力還是動植物的形式儲存起來的，最終的來源都是太陽：礦石燃料是由千百萬年前的動植物演變而來的，而動植物（無論是今天的還是以前的）的能量最終是要來源於食物鏈底端的植物的光合作用所儲存的太陽能；風的起因是由於太陽對大氣的加熱造成的冷熱不均；

水力的勢能一樣要靠太陽的加熱使處於低平位置的水體蒸發，上升，再以降水形式被「搬運」到較高位置，從而形成勢能。因此，無論人類利用這其中哪一種能源，歸根結底都是在利用太陽能，而太陽的能量則是來源於核聚變；

因此，人類如果掌握了有序地釋放核聚變的能量的辦法，就等於掌握了太陽的能量來源，就等於掌握了無窮無盡的礦石燃料，風力和水力能源，一些人鼓吹的現代工業將因為沒有能量來源而走向滅亡的觀點也就破產了。

㈢ 什麼是可控核聚變技術

現時國際上比較流行的可控核聚變技術主要分為兩種，一種是利用磁力約束等離子體的「托克馬克裝置」，另一種是利用激光誘導反應的「自慣性約束反應堆」。兩者均無理論障礙，但都有不少技術上的難關。托克馬克裝置需要有可靠的超導體電磁線圈組，而自慣性約束反應堆則需要壽命長、可靠性高的大功率激光裝置。

㈣ 到底什麼是可控核聚變

核聚變和核裂變，顧名思義，都是發生在原子核之間的反應。隨著原子核發生了裂變和聚變，大量的能量被釋放了出來。看到這里有的小夥伴就會問，原子核那麼小，發生一點細微的變化怎麼還會釋放出大量的能量呢？

這一切，都要從愛因斯坦的質能方程說起：

根據質能方程，我們能得到一個結論：哪怕是再小的質量變化，由於光速這一個二次項的存在，也會產生釋放出巨大的能量。

舉個例子，鈾（U）-235和鈈（Pu）-239這兩種重原子核在受到中子的轟擊時，通常會分裂變成兩個中等質量的新核，同時再放出2-3個中子和200兆eV的能量，也就是接近0.003焦耳的能量，這個能量看似很小，但是要知道，在一個裂變系統中，第一次裂變時放出的中子還會繼續參加第二次、第三次。。。。。第N次的裂變，而每次裂變都會產生新的中子，隨著中子的數量以指數形式增長，產生的能量也隨之劇增。當下一代中子有兩位數時，1KG的U或Pu中，會有2.5*10^24次方原子核發生裂變，而裂變需要的時間極為短暫，在不到1微秒的時間內，這個反應產生的能量就相當於2萬噸TNT的當量，而這，也就是原子彈的原理。

談完了裂變，我們再來說說聚變：

剛才提到發生裂變反應式可以釋放出巨大能量，但是裂變所需要的都是類似於U或Pu的重金屬元素，而這類元素在地球上含量極為稀少；同時，裂變反應堆會產生長壽命而且放射性較強的核廢料（參考日本福島），這些因素都限制了裂變的使用，因此越來越多的科學家將視線投向了聚變。

聚變與裂變恰恰相反，需要的元素種類越輕越好，因此科學家們對氫元素的同位素-氘產生了濃厚的興趣。

1939年，美國科學家貝特做了這樣一個實驗，他把一個氘原子核用加速器加速後和一個氚（氫的另一種同位素）原子核以極高的速度碰撞，讓人意想不到事情發生了兩個原子核竟然發生了融合，形成了一個新的原子核-氦外加一個自由中子，在這個過程中時放出了17.6兆eV的能量，而這也恰恰是太陽持續45億年發光發熱的原理。

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這就是聚變的原理，那麼什麼叫可控核聚變呢？

早在1933年，核聚變的原理就被提出，而5年後，改變世界格局的核裂變才被發現。核聚變反應堆的原理很簡單，很好理解，只不過實現起來對於當時的人類技術水準，幾乎是不可能的。第一步，作為反應體的混合氣必須被加熱到等離子態——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛，原子核能自由運動，這時才可能使得原子核發生直接接觸，這個時候，需要大約10萬攝氏度的溫度。第二步，為了克服庫侖力，也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力，原子核需要以極快的速度運行，得到這個速度，最簡單的方法就是——繼續加溫，使得布朗運動達到一個瘋狂的水平，要使原子核達到這種運行狀態，需要上億攝氏度的溫度。然後就簡單了，氚的原子核和氘的原子核以極大的速度，赤裸裸地發生碰撞，產生了新的氦核和新的中子，釋放出巨大的能量。經過一段時間，反應體已經不需要外來能源的加熱，核聚變的溫度足夠使得原子核繼續發生聚變。這個過程只要氦原子核和中子被及時排除，新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體，核聚變就能持續下去，產生的能量一小部分留在反應體內，維持鏈式反應，大部分可以輸出，作為能源來使用。看起來很簡單是吧，只有一個問題，你把這個高達上億攝氏度的反應體放在哪裡呢？迄今為止，人類還沒有造出任何能經受1萬攝氏度的化學結構，更不要說上億攝氏度了。這就是為什麼一槌子買賣的氫彈已經製造了50年後，人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的唯一原因。好了，人類是很聰明的，不能用化學結構的方法解決問題，我們就用物理的試驗一下。早在50年前，兩種約束高溫反應體的理論就產生了，一種是慣性約束。這一方法把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內，然後從外面均勻射入激光束或粒子束，球面內層因而向內擠壓。球內氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當溫度達到需要的點火溫度時，球內氣體發生爆炸，產生大量熱能。這樣的爆炸每秒鍾發生三四次，並持續不斷地進行下去，釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著名科學家王淦昌。另一種就是磁力約束，由於原子核是帶正電的，那麼我的磁場只要足夠強大，你就跑不出去，我建立一個環形的磁場，那麼你就只能沿著磁力線的方向，沿著螺旋形運動，跑不出我的范圍，而在環形磁場之外的一點距離，我可以建立一個大型的換熱裝置（此時反應體的能量只能以熱輻射的方式傳到換熱體），然後再使用人類已經很熟悉的方法，把熱能轉換成電能就是了。蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出的這種方法相對於慣性約束，世界受控核聚變研究，主要集中在這個領域上。

我們國家在這個領域有先天的優勢，加上機遇很好，走到世界第一集團，不是偶然的。說先天優勢，是因為我們有王淦昌先生這樣一批理論上的大師，使得我們的基礎並不落後。國家對於能源的重視不是一天兩天了，自1956年的12年科學規劃以來，核聚變的研究已經進行了半個世紀，積累了大量的經驗。還有一個祖宗留給我們的好禮物：內蒙古白雲鄂博的稀土資源。它使得我們的超導工藝和激光技術並不落後——這可是受控核聚變的重要組成部分。說我們機遇好，一方面是當年蘇聯解體，俄羅斯賤賣家底，我們得到了俄國的HT-7超托卡馬克，使我們跨越性的認識了這一系統。另一方面，國際扯皮使得ITER拖了近20年，我們贏得了追上去的機會，試想1985年ITER正式開建，怎麼可能有中國的事情？中國人在這個關乎人類生存的領域，總算佔有了一席之地，希望能良好地發展下去，早日求得正果，若如此，不僅為華夏之福，更是寰宇之大幸也。

革命尚未成功，同志仍需努力！

㈤ 什麼是可控核聚變，如果實現核聚變如何進行能量轉換

聚變是指氫及氫的同位素發生核反應生成氦及其他更重元素的反應。氫彈就是應用的這個原理。但很遺憾由於現在的氫彈都是由原子彈點燃，反應過程釋放的能量也太大，很難控制，所以聚變反應只能應用於軍事上。而現在人類的目標就是實現可控核聚變，從而實現聚變發電，那樣的話，人類的能源將不再是問題。
核反應會使原子核發生能級躍遷，從而放出大量的gama射線，而反應或次級反應也會生成大量的高能態的arpha，bet射線，這些射線很大一部分會被周圍的原子吸收，或者散射掉，變成熱能，從而使周圍溫度大幅升高，再通過一套熱機裝置轉換為機械能，進而轉換為電能輸送。

㈥ 核電站控制核反應的裝置是什麼核能發電的原理又是什麼

有控制棒（在燃料組件中有燃料棒，控制棒，可燃毒物棒等），B補給系統。控制核反應就是控制中子密度，和中子的有效利用率，這和反應堆的表面積和體積的比值有關，比值越大則固有利用率越低。核能發電依靠核裂變放出大量的熱，由二迴路的水將堆內的熱量帶出，轉變為蒸汽，乾燥後進入汽輪機發電。目前只有裂變是長期可控的，聚變只能控制幾分鍾，主要是材料的限制。裂變有多種方式，不同的堆型用不同的燃料，壓水堆用235-U，快堆可以用238-U，也有用239-Pu的。

㈦ 可控核聚變新方法顛覆了預期，無招勝有招，第一盞燈即將點燃

昨天看到一則消息，顛覆了我對可控核聚變未來的預期。一個名不見經傳的小初創公司Zap Engergy，正在通過一種全新的方法，既省了錢，又取得了重大突破。一些業內專家和媒體對這個技術評價極高，認為是可控核聚變技術的一個重要里程碑。

現在，Zap Engergy正在努力將這種技術模塊化，宣稱不久的將來將推向市場。這次突破真的會大大縮短可控核聚變的商業化進程嗎？我們來了解一下。

可控核聚變就是利用太陽內部核聚變的原理，在地球上創造出長久釋放的氫核聚變能源，用於造福 社會 。其實氫彈爆炸就是核聚變的能量，但是不可控的，「轟」的一聲就沒了，除了戰爭，不能造福 社會 。

而可控核聚變就是讓這個「轟」的一聲瞬間釋放的巨大能量，變成慢慢釋放，這樣就可以發電，在相當長時期得到取之不盡用之不竭的能源。由於這種能源的產生方式類似於太陽，因此俗稱人造太陽或人造小太陽。

但太陽核心能夠源源不斷地持續發生氫核聚變，是因為太陽質量巨大，導致的向心巨大收縮壓力下形成的，這個壓力達到3000億個大氣壓。地球上無法人造出這種壓力，就需要比太陽核心1500萬度更高的溫度，這個溫度需要1億度以上。

這樣問題就來了，如何讓等離子體加熱到1億度呢？而且地球上最耐熱的金屬才幾千度就融化了，用什麼容器將核聚變幾萬個幾千度的等離子體「裝住」呢？又如何讓這高溫的等離子體發出電來呢？這就成可控核聚變需要解決的幾大難題。

科學家們弄了幾十年，如今終於有點眉目了。解決把核聚變高溫等離子體「裝住」的方法有三個，即磁約束、慣性約束、重力約束，這幾種方法都是非物質約束方法，就是不讓高溫等離子體碰到容器內壁。

重力約束就是太陽這種方法，地球上做不到，人們就只能從磁約束和慣性約束來想辦法了。前蘇聯科學家早在上世紀50年代就發明了一種叫托卡馬克的裝置，這種裝置是通過線圈在內部產生磁阱，將高溫等離子體約束在磁阱里。

採用托卡馬克裝置研發可控核聚變技術，是經典的磁約束方法，處於世界主流地位。中國自主研製出非圓截面全超導托卡馬克實驗裝置，簡稱EAST，目前處於世界領先地位。在試驗中，已經取得幾項世界領先成就，如7000萬度長脈沖高參數等離子體維持運行1056秒，等離溫度1.2億度運行時間達到101秒，實現了1兆安等離子體單溜等。

許多國家，如美、英、日等國的可控核聚變也都取得了進展，都可以產生能量了，但都維持時間太短，而且即便發了點，輸出能量還不足。下一步需要解決的主要問題就是，讓核聚變的等離子體能夠長時間穩定持續燃燒，並且輸出的能量要大大高於輸入的能量，符號表示就是達到Q=1以上。

這些問題說起來很簡單，但做起來談何容易。因此，世界各路專家大體一致認為，要真正讓可控核聚變實現商業化運用，至少還需要30年左右甚至更長時間。

中國也做出了自己的規劃，在2025年實現Q=5，並逐步達到Q=10；2030年實現示範工程發電，在Q=5條件下實現200MW發電，初步達到Q=10穩態發電1GW。

從這個計劃安排來看，如果能夠順利實現，最早也要到2030年才能在試運行中點亮第一盞燈，真正形成商業發電還要到2050年。

所謂慣性約束，就 是利用 粒子 的慣性作用來約束粒子本身，從而實現 核聚變反應 的一種方法。比較經典的方法是採用高能激光或帶電粒子束照射極小的靶丸，導致靶面物質迅速消融並向外猛烈噴射，而噴射的反作用力形成向內傳播的沖擊波，形成極大的壓力將靶丸內的氫同位素氘和氚發生聚變。

這種技術也是早在上世紀六十年代就提出了，前蘇聯和美國都進行了大量試驗，我國自2000年以來，也開始了這項試驗，但至今這項技術還沒有取得重大突破，都還處於實驗室試驗階段。

今年五月，有報道稱英國一家叫 First Light Fusion的 公司另闢蹊徑，通過高速彈射技術來引發核聚變。具體是通過兩支大型超級空氣加速槍，將燃料加速到10~20倍音速，射向嵌入氘燃料芯的小塊，形成崩潰沖擊波，瞬間壓力達到10億個大氣壓，導致燃料快以足夠高的速度自爆，從而實現核融合反應。

核聚變的高溫會將水加熱產生蒸氣，通過驅動渦輪機帶動發電機轉為電能，這樣就實現了可控核聚變發電。

研發出這種裝置是受到海洋槍蝦的啟發。槍蝦又叫鼓蝦，身長約5厘米，生活在熱帶海洋的淺水區。這種蝦有一種「黑 科技 」武器，攻擊獵物時會瞬間噴射出一股時速高達100公里的水流，形成一個極小的低壓氣泡，這個氣泡從產生到破裂只需10億分之一秒，爆破時瞬間溫度達到4700度，被這氣泡沖擊波擊中的獵物很難逃過一劫。

由此， First Light Fusio公司開發的高速「氣槍」就以「槍蝦」命名。據稱這種「槍蝦」核聚變方式，距離發電理想大大前進了一步，且相比採用昂貴的高能激光發射器，成本低多了。目前該公司計劃採用這種技術，在2030年開辦一個實驗工廠來生產電力。

這完全稱得上是一匹黑馬，是慣性約束可控核聚變開發方面的一支奇葩，是真正的創新和彎道超車，目前很被看好。

根據報道，這家位於西雅圖的初創公司 開發了一套叫 Z-pinch的系統，這套裝置採用的是一條與托卡馬克裝置完全不同的路線，摒棄了托馬斯克裝置中大量昂貴的磁鐵、磁線圈、屏蔽材料，以及為了保護它們需要的復雜網路，只是利用等離子體本身的磁場，將自己約束在一個相對較短的柱子里。

報道採用了一個形象的比喻：將等離子體「釘在」柱子里，並「夾住」它。等離子體本身就是帶電的，理論上當然也可以形成磁場和磁阱。報道里只說這種技術叫「 剪切軸流技術 」，沒有更多地披露技術細節。我們也沒有必要去深究它，這些是專業人員的事情。

我們現在知道的是，這項技術已經成功了，並且在500千安培電流下進行了演示。Zap Engergy的首席技術官表示，這套裝置叫 FuZE-Q，是第四代Z-pinch設備，下一代將設計為可容納650千安培的電流，實現收支平衡點，即Q=1。

目前Zap Energy團隊拿到了1.6億美元的C輪融資，雄心勃勃的宣稱，下一步將盡快將這項核聚變技術推向市場。 他們設想通過大規模製造反應堆來實現這一目標，這些反應堆將實現模塊化，小到可以放在車庫里。

這樣，這些模塊就既可以部署在偏遠社區提供電力，也可以組合起來形成大規模集合體，提供整個城市電力。這種裝置不像經典的托卡馬克裝置和慣性約束那樣，需要昂貴的材料，成本大大下降，更容易被 社會 接受和普及。

那麼，這幾種從經典可控核聚變技術中脫穎而出的新技術，會不會對各國的經典常規技術造成打擊和沖擊呢？目前很難判斷。但我覺得， First Light Fusio和 Zap Engergy這兩家初創公司的技術的確很令人震撼和大開眼界。

當實力雄厚的世界級大公司和國家扶持的頂級研究機構，幾十年如一日孜孜不倦地沉浸於經典技術中，一點一點往前挪動時，這幾個小公司卻獨辟蹊徑原創性地開辟出自己的一片新天地，既大大降低了成本，又縮短了預期，這似乎才是真正地彎道超車，無招勝有招啊。

當然，華山論劍，誰主沉浮，還未有定數；是騾子是馬，還得拉出來溜溜；誰能點亮世界上可控核聚變商業運用的第一盞燈，才是王者。會是我們嗎？希望是，但還須拭目以待。

今天就說這些，歡迎討論，感謝閱讀。

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