核能的和平利用专题讲座.ppt

2.惯性约束装置 惯性约束装置是精确利用来多路激光束、相对论电子束或高能重离子束，在一个很短的时间内，同时射向一个微小的氘、氚燃料的靶丸，使靶丸从表面熔化、向外喷射而产生的向内的聚心的反冲力，将靶丸物质压缩至高密度，同时将靶丸物质加热到核聚变所需的高温，由于粒子的惯性，这种高温高密度状态将维持一定的时间，可使核聚变能充分进行，并释放出大量的聚变能。在这种情况下，由于惯性约束时间短，可不考虑辐射能量损失。 激光聚变是20世纪70年代发展起来的一种核聚变方案，近三十年来发展迅猛，倍受人们关注。目前国际上最大的激光聚变装置是位于美国加利福尼亚州劳伦斯一利弗莫尔国家实验室的国家点装火装置（National Ignition Facility，NIF）。该装置目前还处于建设中，部分光路已投入运行。它长215m，宽120m，有192束激光，每束激光发射出持续大约十亿分之三秒、蕴涵1.8×106J能量的脉冲紫外光输出激光。该装置除了用作核聚变的点火源外，还能够模拟中子星、行星内核、超新星和核武器中存在的巨大压力、灼热高温和庞大磁场等宇宙中最极端情况，为人类探索太空奥秘提供了条件。该装置预计2009年完全建成。 四.可控核聚变发展历史 二次大战刚结束，美、苏就率先开始受控热核聚变的研究。随着研究的进一步深入，在理论和技术上遇到了一个个巨大的难题，迫使这些国家先后公布了自己的研究状况，开展了广泛的国际合作。20世纪60年代后，英、法、德、日及中国也陆续参与了研究。在受控核聚变研究初期的研究主要集中在等离子体约束途径的探索上，至到80年代才逐渐形成惯性约束以激光核聚变为主、磁约束以托卡马克途径成为主的研究方向。 1980年以来，国际磁约束受控核聚变研究取得了显著进展，一批大型和超大型托卡马克装置（美国的TFTR、欧共体的JET、日本的JT260U、前苏联的T215等）相继建成并投入运行。到20世纪90年代中，在三大托克马克装置JET、JT-60、TFTR上取得重大研究成果：聚变输出功率16.1MW、等离子体温度达到4.4×109℃，Q值已达到1.25。 五.大型国际科技合作项目－ITER计划概述 1. ITER计划的起源及发展 ITER计划是1985年由苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上共同倡议的。ITER计划一出台就受到各国政府的高度关注。 最初，该计划仅由美、俄、欧、日四方参加，独立于联合国原子能委员会（IAEA）之外，总部分设美、日、欧三处。由于当时的科学理论和技术条件还不够成熟，四方于1996年提出的ITER初步设计不很合理，投资上百亿美元。1998年，美国由于国内政策的调整，以加强基础研究为名，宣布退出ITER计划。美国退出后，欧、日、俄三方则继续合作，他们基于20世纪90年代核聚变研究成果及其它高新技术的发展，大幅度改造了实验堆的设计，并于2001年完成了ITER装置的工程设计（EDA），预计建造费用约为50亿美元，建造期8至10年，运行期20年。 2002年，欧、日、俄三方以EDA为基础开始协商ITER计划的国际协议，讨论建立相应国际组织，并表示欢迎中国与美国参加ITER计划。次年1月，中国正式宣布参加协商；同月末，美国由布什总统宣布重新参加ITER计划；韩国于2003年6参加ITER协商。以上六方经过长达两年的艰苦谈判，于2005年6月签订协议，一致同意把ITER建在法国核技术研究中心卡达拉奇（Cadarache）。印度于2006年加入ITER计划。最终，七个成员国政府于2006年11月签订了建设ITER的国际协议。根据 ITER 计划的必威体育精装版进展，预计将在 2016 年前建成并投入实验。ITER装置的概貌和基本设计参数见图9-5和表9-4所示。 ITER对聚变研究具有重大的作用，它将综合演示聚变堆的工程可行性、进行长脉冲或稳态运行的高参数等离子体物理实验。各国科学家寄希望于这座核聚变堆在受控核聚变攻关中实现质的飞跃，证实受控核聚变能的开发在技术上和工程上的现实性。 2. ITER计划的科学目标 ①通过感应驱动等离子体电流，获得聚变功率50万千瓦、Q（输出功率与输入功率之比）大于10、脉冲时间500s的燃烧等离子体； ②通过非感应驱动等离子体电流，产生聚变功率大于35万千瓦、Q大于5、燃烧时间持续3000s的等离子体，研究燃烧等离子体的稳态运行。如果约束条件允许，将探索Q大于30的稳态临界点火的燃烧等离子体（不排除点火）； ③同时还将验证受控热核聚变能的工程可行性，并为今后如何设计和建造聚变反应堆积累信息。 实验堆内部结构示意图 ITER装置的基本参数 名称 设计参数 总聚变功率 500MW（700MW） Q（取变功率／加热功率） 10 14MeV中子平均壁负载 0.57MW/m2（0.8MW·