绪论(2013-10-23).pdf

核聚变物理与工程 课程内容 一、核聚变原理与堆芯等离子体物理 聚变反应堆原理，堆芯等离子体物理，等 二、聚变堆各部件系统 包层与偏滤器，磁体与电源，加热系统，抽气系统，等 三、聚变堆材料与辐照损伤 结构材料，功能材料，材料辐照效应，等 四、聚变堆环境与安全 核安全原则与文化，事故分析方法、模型与程序，放射性物理 释放及其危害，等 聚变堆相关关键学科 •等离子体物理 （理论/实验、微波加热、真空、诊断等） •核物理 （中子/光子/ 电子核设计与测量、辐射防护） •热与低温物理 （热能、制冷、流体） • 电与磁物理 （超导、电源） •材料技术 （金属/非金属、结构材料/功能材料) •计算机技术 （仿真、可视化、控制、网络等） •其他交叉 主要参考书 ： 1. 《聚变反应堆物理》 （原理与技术），[美]T.卡马什编，原子能出版社，1982 2. 《聚变能及其应用》，邱励俭著，科学出版社，2008年1月 3. 《磁约束聚变：原理与实践》，石秉仁著，原子能出版社，1999年12月 4. 《聚变堆材料》，郝嘉琨编著，化学工业出版社，2007年6月 聚变能—未来清洁、安全和永久性能源 •几乎无放射性废物， 不污染环境 •运行安全可靠 a. 固有安全性 b. 无超临界事故等 c. 余热安全 •燃料丰富而且其价格低廉 1升海水=300升汽油! 核聚变反应基本原理 聚变反应：较轻的原子核聚合成较重的原子核，产生大量能量。 D + T  n + He + 17.6MeV 主要聚变反应 4 D T  He(3.52MeV ) n(14.1MeV ) 17.6MeV D D T  p 4.04MeV 3 D D He n 3.37MeV 3 4 D He He p 18.14MeV 11 4 p  B 3( He) 18.76MeV 产氚反应 6 4 Li n T＋He 4.8MeV 3 慢 7 4 Li n T  He 2.5MeV n 3 快 慢 阈能大于5Mev的中子才可能与li7反应。 Li6反应截面大，li6 要浓缩到90% （自然界本身占约7%） Li是产氚的材料，在地球上有比较丰富的储量，我国Li的地球 储量超过数百万吨，粗略估计足够几千年，而海水中的Li比陆 地至少多一个量级，应该说Li资源也不是问题。 基本条件 1.等离子体高温Ｔ：克服库仑斥力，发生 碰撞，产生初始核聚变反应 7 实际D-T 聚变反应:T 10KeV, 1KeV= 10 K 2.等离子体密度足够高ｎ：发生足够多有 效聚变反应 3.约束控制等离子体：使等离子体热绝缘， 维持等离子体高温 4. 能量自持：聚变释放的能量大于维持等离 子体所需能量 对于D-T反应 （1）DT等离子体温度假设到 10kev （1亿度）之上 （2 ）要求等离子体的粒子密度与 能量约束时间的乘积大于（2~4 ） *1014cm-3.s 以上 聚变 “三重积” (温度x密度x能量约束时间) 。 目前的发展： 聚变燃料已可被加热到2-4亿度， 聚变三重积已达到1.5 ×1021 Ke