核电与核武器“师出同源”，核能的“两副面孔”怎么炼成

3月15日，习近平总书记掌管举行中央财经委员会第九次会议，研讨完成碳达峰、碳中和的基本思路和首要行动。核电因其清洁、高效、灵敏的特性，被作为绿色低碳动力体系中重要一员遭到高度重视。据此，本报推出系列报道，解析核能核电的方方面面。

在现有的科学结构内，可控核聚变能够说是人类的终极动力，取之不尽、用之不竭，一起具有清洁、安全、环保的长处，对人类社会的影响不亚于又一场工业革命。

——李正宏 我国工程物理研讨院核物理与化学研讨所研讨员

核能核电系列报道①

◎李 迪 陈 科

3月13日，我国自主三代核电技能“华龙一号”福清6号机组应急柴油发电机组发动成功;此前，“华龙一号”全球首堆中核集团福清核电5号机组正式投入商业运转，这标志着我国打破了国外核电技能独占，正式进入核电技能先进国家队伍。

从小小的原子核中迸宣布的能量被人类寄予厚望。这种能量从何而来?它与核兵器中爆宣布的能量有何异同?在将它变成人类终极动力之前，咱们还要迈过哪些技能难关?对此，科技日报记者采访了相关专家。

核电与核兵器“师出同源”

提起核能，许多人的榜首反响是威力巨大的核兵器。“核兵器首要分为核裂变兵器与热核兵器两种，其间核裂变兵器俗称原子弹，而热核兵器俗称氢弹。”我国工程物理研讨院(以下简称中物院)核物理与化学研讨所李正宏研讨员介绍，比较于氢弹，原子弹选用的核裂变反响的引发较为简略，只需求到达临界质量即可。

氢弹的能量首要来自于轻核资料的原子核聚变，这种轻核资料是氢的同位素氘和氚。李正宏说：“比较于核裂变，核聚变反响需求极高的温度、压力才干引发。热核兵器的技能难度远大于核裂变兵器，威力也适当惊人，苏联规划的大伊万氢弹的核爆当量到达了5800万吨，是广岛原子弹的3800多倍。”

能够看出，氢弹的威力远大于原子弹。这是否与核裂变和核聚变天壤之别的原理有关?

作为一种特别的兵器装备，核兵器的反响原理不会像一颗子弹那么简略。中物院核物理与化学研讨所黄洪文研讨员介绍，在核裂变反响中，重核原子(如铀-235)经中子碰击后，裂变成为两个较轻的原子，一起开释出数个中子。开释出的中子再去碰击其它的重核原子，然后构成连锁反响，使得裂变反响继续进行。

而在裂变反响中，经过吸收剩余中子，保持中子数量平衡，裂变反响的速度能够得到操控，核裂变能就能够安稳开释。现在核电站选用的便是这种技能，“华龙一号”即为其代表。

黄洪文指出，与裂变反响不同的是，在聚变反响中，两个较轻的原子核直接磕碰、结合，构成一个较重的核(或许随同构成一个极轻的核)。聚变反响的保持十分困难。

李正宏进一步解说，因为原子核都带有正电荷，只能使用极高的温度、压力才干战胜原子核之间巨大的核力使得轻核结合。“在核聚变的引发和保持都十分困难的条件下，现在只要氢弹完成了聚变能量开释，而能够完成能量增益的可控核聚变仍在继续研讨中。”

简略来说，可控核聚变是指合理地操控核聚变的速度和规划，完成继续、平稳的能量输出。那么怎么才干满意聚变反响的多个条件?李正宏介绍，首要有必要进步物质的温度，使原子核和电子分隔，处于这种状况的物质称为等离子体，然后适当地操控等离子体的温度、密度和关闭时刻(保持时刻)。

“这三项条件缺一不可，这其间等离子体的温度需到达约1亿摄氏度。这种高温等离子的产生、保持以及与之相关的一系列工程问题也是现在可控核聚变完成的首要难点。”李正宏说。

困难与收益成正比

经过操控反响速度，令人闻之色变的核能能够摇身一变，成为具有宽广使用远景的新动力，服务于日子。现在，作为一种清洁无污染的高效动力，核能早已成为太阳能、风能、地热能、水能等受地域束缚极为显着的动力的重要弥补，显示出强壮的生命力。经过核裂变反响进行的新式第三代、第四代核电站在安全性、经济性等诸多方面取得了长足进步。在核裂变发电现已取得杰出使用效果的前提下，打开可控核聚变技能更是显得困难重重，那么，研讨可控核聚变的含义又在哪里?

可控核聚变反响的质料可直接取自海水，来历简直取之不尽;其安全性是核裂变反响堆无法比较的，只要不保持对等离子体的束缚，聚变反响便会主动中止;核聚变产生的核废料半衰期极短，因此核泄漏时总损害很低，其厂外只需将一公里内的居民应急撤离，事端后短时刻内环境即可康复正常。

“不仅如此，可控核聚变也是一种优质中子源，借此能够触发核裂变。使用中子源触发核裂变反响称为次临界核裂变，次临界核裂变不光安全性挨近核聚变，且技能难度较纯核聚变发电低，还能够处理核裂变发电生成的核废料，使其半衰期由数万年缩短为数百年。”李正宏说。

相关专家表明，关于可控核聚变的研讨争议有几个方面。有人以为其研发周期长、耗资巨大，因此在石化动力充分，太阳能、风能等新动力打开迅猛的今世难以产生经济效益。

现在在建的最大的试验型聚变设备为法国南部的世界热核聚变反响堆(ITER)。其项目的工程规划开端于1992年，随后受规划改变、成员国改变等要素影响，直至上一年7月28日才开端其托卡马克设备的装置工程，引发了许多对可控核聚变的争议。

“我国对可控核聚变的研讨始于上世纪50年代，老一辈核物理学家倡议打开‘可控热核反响’研讨以来，我国核聚变研讨沿着磁束缚聚变和惯性束缚聚变两条技能道路打开。”李正宏介绍，60多年来，我国可控核聚变从无到有，从弱到强，取得跨越式打开，部分方向现已完成世界引领。

可控核聚变或是人类终极动力

现在为止，最首要的几种可控核聚变方法有磁束缚核聚变、激光束缚核聚变、Z箍缩驱动的惯性束缚聚变。

磁束缚核聚变中，科研人员首要使用加热体系将聚变燃料加热至高温等离子体状况，然后使用磁场束缚等离子中的带电粒子，首要包括氘原子核、氚原子核和电子，带电粒子会沿着磁场线螺旋运动，然后防止直接与外部的容器壁触摸，被磁场束缚的等离子体将继续升温至超越1亿摄氏度，直到引发核聚变反响。

激光束缚核聚变是前面所说到的惯性束缚聚变的一种，指使用激光的冲击波使包括氘和氚的燃料球在瞬间到达极高的温度和压力，引发核聚变反响。与继续安稳运转的磁束缚聚变的差异在于激光束缚聚变以脉冲的方法运转。

Z箍缩驱动的惯性束缚聚变与激光束缚聚变在聚变进程上有相似之处，不同之处在于，Z箍缩是使用沿轴向(也便是Z轴方向)的强壮电流产生的自箍缩效应，对氘氚燃料球加热、加压，Z箍缩驱动的惯性束缚聚变相同以脉冲的方法运转。

大多数人都知道，常见的核聚变反响的质料是氢的同位素。“现在，氘和氚是核聚变的最佳燃料，其产生核聚变所需的温度、压力条件最简略满意，其间氘是氢的安稳同位素，能够直接从海水中取得。”李正宏说。

那么，为什么海水中能简略取得核反响质料氘，可是氚的获取难度却适当高?

李正宏进一步解说道，氘是氢的安稳同位素，包括1个质子和一个中子，在海水中所有氢中的占比约为七千分之一，其别离较为简略;而氚是氢的不安稳同位素，包括1个质子和2个中子，会自发衰变，每过12.43年就要削减一半，所以地球诞生之初所存在的氚早已衰变得无影无踪。

实际上，自然界中残存的氚是宇宙射线的产品，悉数含量只要几千克，能够忽略不计，聚变发电所需的氚只能经过核反响人工合成，最简略的方法是使用锂与中子反响生成氚，氘吸收中子也能生成氚。

“在现有的科学结构内，可控核聚变能够说是人类的终极动力，取之不尽、用之不竭，一起具有清洁、安全、环保的长处，对人类社会的影响不亚于又一场工业革命。”李正宏表明。