核聚变反应：清洁能源的未来？探索核聚变发电的安全性与可行性

当你听到“核聚变”这个词时你会想到什么？

高达等科幻小说中出现的能量？龙珠融合？太阳，一种自然现象？

我想很多人从“核”这个词中，都会有类似于核能发电（核电站）的印象。

聚变发电在运行中预计将比核发电安全得多，放射性污染的风险预计将压倒性地低，但聚变发电过程中辐射的威胁仍然存在。

当然，辐射的处理与运行管理和维护成本以及对人体的安全有很大关系。

此次，日本国立聚变科学研究所和美国TAE Technologies的研究小组在世界上首次演示了“先进聚变燃料” （轻氢和硼11）的核聚变反应。

在使用轻氢（p）和硼11（11B）作为聚变反应堆燃料的核聚变反应（p-11B反应）中，它被认为是一种几乎没有激活威胁的清洁“梦想聚变反应”。成真。

核发电和核聚变发电的区别在于“燃料”？

许多人一听到核聚变这个词就会想到核能发电。

核能发电（核能发电）和核聚变发电有什么区别？

核电站几乎不排放二氧化碳，发电成本稳定，具有环保、经济的优势。

同时，由于运行过程中放射性废物的管理以及紧急情况下运行失控的可能性，始终存在放射性污染的威胁。

另一方面，核聚变发电几乎不排放二氧化碳，也不像核电站那样使用地球上发现的稀有放射性物质，并且可以使用氢或氦等燃料，相对容易供应..

此外，即使在紧急情况下，运行也不会失控，放射性威胁被认为远低于核电站。

是什么决定了核电站和核聚变电站的优缺点？

核裂变反应和核聚变反应本质上都是“原子和粒子碰撞，生成与碰撞前不同的原子和粒子，并产生巨大的能量（弹射粒子的动量、动能）”，并没有

可以说，两者的区别在于“碰撞粒子”=“燃料” 。

在核裂变、核聚变等核反应中，原子核中的中子和质子的数量重新排列，“反应=碰撞”后产生的粒子的“总质量”变得更轻。

损失的质量（质量缺陷）转化为能量。

这是由爱因斯坦狭义相对论导出的E = m c²来表示的。（E：能量，m：质量，c：光速）

在核能发电中，重粒子被分裂以产生较轻的粒子。此时产生的轻粒子的质量总和比原始粒子的质量总和轻。

根据爱因斯坦的公式，这种损失的质量会转化为能量。

例如，在核能发电中，铀235被用作燃料并分裂成两个较小的原子核，释放出多个中子（能量）。

相反，在核聚变反应中，轻原子相互碰撞，产生稍重的原子核。

这里，例如存在以氘（D：氘）和氚（T：氚）作为燃料并碰撞产生氦和中子（能量）的DT反应。

虽然核裂变和核聚变在分裂和聚变的过程中有所不同，但在这两种情况下，当比较反应物（燃料）和产物的“总和”时，反应后的质量均较小增加。

在化学反应等分子重组中，质量守恒定律成立，反应前后的质量基本相同。因此，核反应本质上与化学反应有很大不同。

（体重不足、体重减轻……时间轴有很大不同，但如果你认为你可以瞬间减掉体重，如果你认为节食瞬间发生，我感觉有些奇妙的事情正在发生。）

有些人可能认为，质量通过分裂或合并而减少，并且该量转化为能量，这并不奇怪，但是这两者在铁（Fe）的边界处都是相反的。

换句话说，裂变和聚变都是在铁之后产生元素时消耗能量的反应。因此，当产生铁时，恒星中的核聚变反应就会停止。

核裂变反应的一个问题是燃料铀235本身具有放射性。

另一个问题是难以控制。

核裂变反应非常难以控制，因为该反应产生的中子会引起进一步的核裂变反应。

然而，这也意味着，如果产生触发器，反应很容易继续，因此这是核发电的优点，但也是核发电的危险原因。

不受控制的裂变反应可能导致极其灾难性的事故，例如切尔诺贝利（俄罗斯）和福岛第一核电站（日本）的事故。

另一方面，聚变反应之一的DT反应使用氘（D）和氚（T）作为燃料，相对安全。

氘没有放射性，氚有放射性，会发射β射线，但β射线即使在空气中传播5毫米也会停止，所以放射性相对较弱。我会说是的。

而且，也不用担心引起连锁反应，所以不用担心像切尔诺贝利和福岛核反应堆那样发生严重的失控事故。

这是核聚变反应的优点，但同时也是难以实现核聚变发电的缺点。

核聚变反应比核裂变反应更难以维持。

即便是被认为最容易引发的“DT反应”，也需要1亿度以上的加热。

最终可以通过加热并创建“等离子体状态”来引发反应，在等离子体状态中，原子、中子和电子等粒子以巨大的力混合在一起。

“核裂变反应”和“核聚变反应”中使用的“反应”一词应该形象地理解为“粒子以巨大的力量碰撞、分裂、粘在一起生成新的粒子”。

在核聚变反应的情况下，这种“反应=结合粒子产生新粒子”是非常难以发生的，而且维持它也不容易。（这是一个你可以想象的问题，粘在一起比打破它更难。）

这样，带有巨大热量的等离子体被限制在炉内，并通过超导线圈施加磁场，使等离子体保持悬浮在炉壁上，从而使炉壁的材料不被熔化。

从那里，热量通过反应堆外部的多级热交换器和冷却剂从聚变反应堆中提取，最终将热量转化为蒸汽以发电。

此外，核聚变反应产生的中子在与反应堆壁碰撞时可能会激活材料，因此核聚变带来了相当大的放射性威胁。

因此，核聚变发电不易产生，且难以长期维持运行，因此尚未投入实际应用。