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1、核能1896年法国科学家贝可勒尔发现铀能自动不断地放射出一种穿透力很强的射线，它能使照片感光，这种能自发放出射线的现象就是天然放射现象，具有这种性质的元素叫做放射性元素。1898年居里夫妇先后发现放射性元素钋和镭。1900年他们在研究射线时发现，镭射线通过磁场后被分成两束。核能1905年爱因斯坦提出著名的质能关系式，为解释核裂变、热核聚变等现象提供了理论依据。1906年卢瑟福在重复居里夫妇的实验时采用更高强度的磁场，镭射线分成了三束，这三束射线分别是由带正电的高速度的氦原子核组成的射线，由速度很大的电子组成的射线，和波长极短、不带电荷的穿透力极强的g射线。核能1911年卢瑟福完成了“粒子大角度
2、散射实验”，他证明了原子中除电子外，还存在着“原子核”，建立了原子的“有核模型”。1919年卢瑟福在用粒子轰击氮原子核时，实现了首次人工核反应，并打出“带正电的粒子”氢原子核，这就是发现“质子”的实验。1931年约里奥-居里夫妇发现“人工放射性”。核能1932年英国物理学家查德威克首先发现了原子中的“中性粒子”中子。1932年英国的考克拉夫和华尔顿首次在高压倍加器上实现了核反应。1942年以费米为首的一批科学家在美国建成了第一座“人工核反应堆”，首次实现了人类历史上铀核可控自持链式裂变反应。核能1945年美国第一次原子弹试验；1952年第一次氢弹试验；1954年第一艘核潜艇下水。1954年苏联
3、建成世界上第一座核电站奥布灵斯克核电站。1964年10月16日，我国第一颗原子弹试爆成功。1967年6月17日第一颗氢弹爆炸成功。 核能从1896天然放射性的发现至今，核能与核技术的发展过程可大致划分三个阶段：第一阶段为核基础研究阶段（1896年-1942年），这一阶段取得了一系列基础研究的重大发现和突破，为以后核技术的发展奠定了理论基础；第二阶段为军用阶段（1942年-1945年）；1945年至今的第三阶段为军事应用与和平利用并举阶段。核能第二次世界大战以后，核技术开始大规模地转移到国民经济应用中。到了70年代，核技术已是一门包括反应堆技术、加速器技术、同位素制备技术、核辐射探测技术、核结构
4、与元素分析技术、核成象技术、核军事技术、电离辐射计量技术、辐射防护技术、应用核技术等高技术的新兴产业。核能其中应用核技术又包括同位素示踪技术、辐射加工技术、辐射改性技术、同位素仪器仪表、核医学、核动力、核农业等。核能与核技术目前正处于成长和成熟阶段。其主要标志是基础核技术与核军事技术已趋于成熟，形成产业，并且具有相当可观的产值。原子与原子核基本知识宇宙间的物质是由元素构成的。构成元素的最小单位是原子，原子由带正电的原子核和带负电的电子构成。原子核又由不带电的中子和带正电的质子组成。质子数相同的原子具有相似的化学性质，处在元素周期表的同一位置，但它们的中子数可能不同；我们把质子数相同而中子数不同
5、的元素称之为同位素。原子与原子核基本知识从大量实验中，科学家们知道每一种元素的同位素在受到中子轰击后，多半都会变成一种特定的放射性元素，都会放出、g射线，这些射线具有一定的穿透力。因此人们在一种元素的原子核上人为地添加中子或质子，使它们变成其他原子。这样的原子通常是具有放射性的，称之为放射性同位素。原子与原子核基本知识放射性同位素的原子核是不稳定的，它能自发地放射出、g射线而转为另一种元素或转变到另一种状态，这一过程称为衰变过程。单个的放射性原子发生衰变的精确时刻是不能预告的，但对足够多的放射性原子的集合，在单位时间内的衰变几率是确定的，这个几率是所研究放射性元素的特征常数。放射性元素衰变的规
6、律是原子与原子核基本知识式中l是衰变常数，表示一个原子核在单位时间内发生衰变的几率。为了描述衰变过程的快慢，我们定义在放射性衰变过程中，放射性物质的质量减少到原有质量一半所需要的时间为半衰期T。T与l的关系为原子与原子核基本知识另一个描述核衰变快慢的量是平均寿命（寿命），用t表示。根据衰变常数的物理意义，其倒数就是一个原子核发生衰变所需的平均时间。放射性元素经过一段平均寿命的时间间隔后，剩下的未衰变的原子核数目为原来的37%。原子与原子核基本知识表示单位时间内放射性物质发生衰变的原子核数为该物质的放射性强度A，又称为放射性活度。可见放射性强度的大小是由衰变常数与原子数目的乘积决定的。核能的定义
7、原子内的核子间存在核力，它是一种短距力，只有在很小的距离内才发生作用。原子核的另一个特性是单个核子的质量要比结合成核的核子质量大，即由于核子间强大的核力作用，使核子间排列得很紧密，结果发生了“质量亏损”的现象。根据爱因斯坦的质能关系，任何物体的质量与能量之间的关系为核能的定义人们运用这一关系解释原子核的质量亏损现象，就发现了原子核内蕴藏着巨大的能量，也看到利用核能的可能性和重要性。由于核力比原子核与外围电子相互作用力大得多，核反应中释放的能量要比等质量物质释放的化学能大几百万倍。后来人们把这种由核子结合成原子核时所释放出的能量叫做原子核的总结合能。核能的定义总结合能随原子核中的核子数不同而不同
8、，各种原子核结合的紧密程度也是不一样的。由此产生两种利用核能的途径核聚变和核裂变。核聚变核聚变 又称热核反应。它是将结合能较小的轻核在一定条件下，将它们聚合成一个较重的、平均结合能较大的原子核。它是取得核能的重要途径之一。由于原子核间有很强的静电排斥力，因此一般条件下，发生核聚变的几率很小，只有在几千万摄氏度的温度下，轻核才有足够的动能去克服排斥力而发生持续的核聚变，因此又称热核反应。核裂变核裂变 又称为核分裂，它是将平均结合能比较小的重核，分裂成两个或多个平均结合能大的中等质量的原子核，同时释放出核能。重核裂变一般有自发裂变和感生裂变。前者是重核不稳定性的一种表现，其裂变半衰期较长；后者是指
9、重核受到中子轰击时裂变成两块质量略有不同的较轻的核，同时还可能放出中子。核反应堆核反应堆是实现大规模可控核裂变链式反应的装置，是向人类提供核能的装置。反应堆内核裂变可产生大量中子、g射线、裂变产物和热能等。用中子轰击铀核引起核裂变时，铀-235原子核发生分裂后又释放出新的中子。这种持续不断地由中子引起原子核裂变，裂变又放出中子的现象叫做原子核的链式反应。核反应堆从链式裂变反应过程可知，由于裂变后产生的中子数目比原来引起裂变所消耗的中子数目多，少量铀核引起裂变后可以不依靠外来的中子补充，铀核能持续地裂变下去，这样的裂变反应称为自持链式反应。核反应堆反应堆是人为控制核裂变反应快慢的装置。每个铀-2
10、35裂变时平均产生2.5个中子，这些中子一部分在通过铀核时会产生辐射俘获和共振吸收，剩余中子的多少对核裂变链式反应具有决定性的作用。剩余中子的多少我们用有效增殖系数K表示。 反应堆的控制就是控制有效增殖系数的大小。反应堆的分类反应堆的种类很多，各种不同因素都可以作为分类标准。动力堆主要是利用核裂变释放的能量产生动力的反应堆。一般动力堆包括沸水堆、压水堆、重水堆、高温气冷堆、快中子堆等，根据用途又可分为核电站用堆、推进用堆、低温核供热堆、海水淡化堆等。反应堆的分类生产堆主要用于生产易裂变燃料，也可用于辐照等研究工作，包括石墨堆和重水堆。研究性反应堆主要用于科学研究的目的，包括石墨堆、轻水堆、重水
11、堆、高通量堆、游泳池堆等。产钚发电两用堆是动力堆和生产堆的结合。 反应堆的分类 分类依据分类中子通量高通量堆、低通量堆中子能量快中子堆、热中子堆、中速中子堆燃料类型天然铀堆、浓缩铀堆、钍堆燃料布置形式均匀堆（液体堆）、非均匀堆（固体堆）慢化剂、载热剂石墨、重水、压水、沸水、有机、熔盐、铍堆等冷却材料水冷、气冷、有机液冷、液态金属冷堆堆容器结构高压水堆、低压水堆、游泳池堆运行方式脉冲堆、稳态堆热工状态沸腾堆、非沸腾堆、压水堆用途动力堆、生产堆、产钚发电两用堆、研究性反应堆反应堆的基本组成不管那种类型的反应堆，其基本组成是相同的。即由活性区、反射区、外压力壳和屏蔽层组成。活性区又由核燃料、慢化剂、
12、冷却剂、控制棒等组成。在介绍反应堆结构之前，先介绍一下快中子和热中子。反应堆的基本组成中子的“快”和“慢”是指中子能量的高低。一般将能量超过0.1兆电子伏的中子称为快中子。快中子与周围介质的原子核碰撞，速度会逐渐降低，并逐渐丧失能量。当速度降至最初快中子速度的万分之一时，中子受周围原子的热运动影响，速度不再降低，处于这种状态的中子称为热中子。反应堆基本组成反应堆材料包括核燃料、慢化剂、冷却剂、结构材料、控制材料等。在反应堆中，这些材料除了能承受高温高压的要求外，还必须考虑到反应堆的特殊要求。核燃料 天然铀中主要包含两种铀同位素：238U、235U，其中235U的含量只有0.714%，但快中子和
13、热中子都能使它发生裂变。238U吸收一个热中子后不发生裂变，不能直接作为核燃料，但它与中子结合后经两次衰变可变成另一种重要的核燃料239Pu。 239Pu吸收中子会发生核裂变。除天然铀同位素外，一些人工铀同位素也可作为核燃料，其中最主要的是233U，它是由232Th吸收一个中子后经两次衰变而得。目前可直接作核反应堆燃料的可裂变物质是235U、 233U、239Pu。反应堆基本组成反应堆基本组成天然铀是现阶段发展核能的基础材料，是当前最主要的核燃料。在核燃料循环系统中，核燃料是依照天然铀开采，同位素浓缩，化工转化，核燃料元件制造，核反应堆燃烧，核燃料后处理，核废物处理与处置等依次进行。反应堆基本
14、组成燃料循环造价相当于核能千瓦小时发电价格的30%。核动力反应堆铀燃料的主要形式是二氧化铀，浓缩铀在核燃料循环中起着十分关键的作用，也是核电技术系统中最大的难点之一，浓缩不是一种有形产品，而是在铀中增加易裂变成份的一种精炼。反应堆基本组成铀的物理变化过程，几乎所有分离流程都是依据235U和238U在质量方面的微小差别实现的。从目前状况看，有四种不同类型的铀分离工艺：气体扩散法迄今最成功最经典的浓缩铀流程。根据气态下轻、重同位素平均动能相等，轻的同位素组分移动较快，用泵将UF6通过多孔分离膜抽出，分离轻、重同位素。气体离心法：已经被证明在技术上可行，是当今与气体扩散法在经济性上真正竞争的流程。其
15、理论基础是通过重力或离心力场分离铀同位素。反应堆基本组成美国浓缩铀厂的离心机气体喷嘴法：当气体同位素混合物高速通过装有喷嘴的弯曲轨道时，其轻组分在半径小的圆周上被浓缩，而重组分在半径大的圆周上被浓缩。其分离效应主要是离心作用造成的，这种离心作用是由气流被适当形状的静壁偏转所引起的。工作气体是用氢气高度稀释的六氟化铀。 反应堆基本组成激光分离法：目前在商业上尚未得到实验验证。 元素原子或分子可以吸收光。利用精密可调激光器对气态235U分子选择性激发，然后气体用另一种无需调得很窄的光源辐照，使激发的原子或分子离子化，在特定能级下不吸收光的其他同位素保持不变。反应堆基本组成在核裂变或核转换过程中，可
16、以采用铀、钚、钍的任何化合物。对它们的要求是：核燃料应具有良好的辐照稳定性，应具有良好的高温机械性能和化学稳定性，对冷却剂有较好的耐腐蚀性能，应当易于制取和后处理。反应堆基本组成反应堆基本组成由于热中子轰击天然铀引起235U裂变的机会比被238U吸收的机会大，所以在使用热中子吸收截面很小的物质（重水、石墨）等作慢化剂的反应堆中，可以使用天然铀作燃料。使用其他类型的物质作为慢化剂的反应堆是不能直接利用天然铀作核燃料的。用轻水作慢化剂和冷却剂的反应堆使用低浓缩铀；高中子通量堆则要用高浓缩铀作燃料。反应堆基本组成慢化剂 慢化剂的作用是使裂变过程中产生的快中子有效地慢化为热中子。作为慢化剂的材料应具有
17、很小的热中子吸收截面、原子序数小以及相当大的散射截面。核电站反应堆常用的慢化剂有石墨、重水、轻水。冷却剂 冷却剂的作用是将反应堆产生的大量热能有效地载出，是燃料元件和堆芯结构材料得到正常的冷却，要求冷却材料的热中子吸收截面小、导热性能好、化学性能和辐照性能稳定。反应堆常用的冷却剂有水（重水和轻水）、气体（二氧化碳和氦）、液态金属。反应堆基本组成包壳与结构材料 燃料元件的包壳应能保护燃料不受冷却剂的化学腐蚀和机械侵蚀，并防止裂变产物进入冷却回路。对包壳的要求是：尽可能少吸收中子；在裂变气体内压力与冷却剂外压力的作用下保持机械稳定性；对于冷却剂、燃料以及在燃耗期间积累起来的裂变产物具有化学稳定性。
18、反应堆基本组成反应堆基本组成包壳材料应具有良好的辐照稳定性、高温强度、抗蠕变性能及耐腐蚀性能。目前锆合金广泛用于水冷动力堆燃料包壳材料，奥氏体不锈钢作为液态钠冷快堆燃料包壳材料。镁合金只用在镁诺克斯气冷堆上。控制材料 控制棒在反应堆中起补偿和调节中子反应性以及紧急停堆的作用。控制材料的热中子吸收截面要大，散射截面要小。好的控制材料在吸收中子后产生的新同位素仍具有很大的吸收截面，基本上不损耗，寿命较长。常用的控制材料有硼、镉、铪、铟、稀土族元素以及银等。反应堆基本组成控制棒吸收中子的多少，取决于它的形状、大小以及插入活性区的深度。反应堆基本组成反射层 反射层设在活性区的周围，以减少活性区内中子泄
19、露的损失。对于热中子反应堆来说，能作慢化剂的材料都可以作为反射层材料。对于快中子反应堆，反射层一般选用质量数较大的元素（238U或钢材），使反射回去的中子仍具有较高的速度，以满足裂变的需要。反应堆基本组成屏蔽层 由于反应堆运行过程中会产生大量的裂变产物，放射性非常强，为了保证工作人员和周围环境的安全，必须在反应堆的周围建造一个相当厚的屏蔽层。反应堆基本组成核电站安全核电站在运行过程过程中产生大量的放射性物质。它们的主要来源是燃料元件的裂变产物和结构材料与冷却剂的活化。核电站安全的最根本任务是保证核电站在正常运行以及发生各类事故时，核电站内外的任何人所受的辐射剂量小于相应的规定值。核电站的几项关
20、键性安全设施有：快速停堆信号系统、堆芯危急冷却系统、紧急停堆系统等。核电站安全反应堆安全壳及其附属设备的设置都应有效防止核电站发生最严重事故时裂变产物放射性物质向环境的大量逸出。对于可能泄露出来的放射性物质和射线，主要采用辐射屏蔽与辐射监测两种防护管理措施。核电站三废处理核电站正常运行过程中，产生的放射性废气、废液和固体废物简称为“放射性三废”。对放射性废物处理的基本要求是：在排放的废气废液中，放射性物质浓度低于规定值；存放、储存和投掷深海的国体废物的措施应安全可靠。废液采用普通的蒸发、离子交换或化学方法处理。核电站三废处理放射性气体主要是气态裂变产物如碘、氪、氙、氚等。废气一般先进入衰变罐将
21、大量短寿命的放射性核素衰变掉，再经高效空气过滤器过滤后由烟囱排放。当事故时，投入活性炭吸附床以除掉放射性碘和长寿命气态裂变产物放射性物质来保证安全。核电站三废处理固体废物来源于离子交换树脂、过滤器、中高放废液固化块、核放射性物质玷污的废设备、废工作服、各种工具等。处理方法是焚烧或压缩打包后送设置在陆地、深海等地的废物库长期储存。核电站反应堆系统设备发生故障或损坏以及操纵人员的误操作等均属于事故，但与放射性物质逸出有关的基本上只有两类：一类是导致容纳在一次冷却系统中的放射性物质逸出，这类事故较频繁，但泄露出的放射性物质数量不大，并且由于安全壳的封闭作用以及废气、废液处理系统的净化，对环境的放射性
22、物质排放量核电站三废处理一般都可以控制在正常允许水平以下。另一类是可能导致燃料元件严重过热或燃料芯体熔化的重大事故。其中最为严重的是全堆熔化事故，它通常在反应堆完全失去冷却能力且所有事故冷却系统和安全壳喷淋系统均失灵时才会发生。核聚变能及其未来聚变反应时单位核子所释放的聚变能比裂变反应时单位核子所释放的裂变能大好多倍，它具有安全、无污染、不造成核扩散等优点。热核聚变所用的重要核燃料是氘。每1升海水中含30毫克氘，其能量相当于300升汽油。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克。地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用百亿年。 核聚变能及其未来两个原子核之间存在有斥力，要发生聚变
23、，它们必须克服库仑斥力，彼此接近到核力的作用范围，这只有在极高的温度下才能实现，这时原子核以极高的速度作无规则运动，连续地发生相互碰撞，发生大量聚变。这样的核反应是在原子核的热运动中发生的，所以称为热核反应，如果对这种反应加以人工的控制就是受控热核反应。氢弹试制成功标志着轻核聚变能在军事上的应用付诸实施。要实现受控热核聚变反应必须满足几个基本条件：温度、等离子体密度和约束时间。在热核温度下，等离子体以辐射的形式损失掉相当的能量。如果聚变反应释能的速度小于辐射损失，反应就趋于停止。要得到自持的聚变反应就必 核聚变能及其未来须把温度升高到临界点火温度以上。氘-氚反应的临界点火温度为4400万度，反
24、应堆的最低运转温度约为一亿度；纯氘反应的临界点火温度为而二亿度，反应堆的最低运转温度约为五亿度；预计首先实现的受控核聚变反应将是氘-氚聚变反应。核聚变能及其未来一个可持续的聚变能的释放，要求在等离子体中有足够多的核，在一定的时间内发生足够多的聚变反应，因此，不仅对等离子体的温度与要求，而且对其密度也有要求。等离子体的密度越大，即单位体积内原子核个数越多，越有利于聚变反应的进行，但温度越高、密度越大会导致压力越大、释能越快，能量来不及输出和利用，因此反应堆内等离子体密度最好1014-1016个/cm3。核聚变能及其未来核聚变能及其未来另一个重要因素是等离子体的约束时间。约束时间越长，越有利于反应
25、的进行。为了使聚变反应堆达到自持的条件，等离子体的粒子密度(n)和约束时间(t)的乘积(nt)必须大于某一常量，这就是劳逊条件。核聚变能及其未来聚变反应等离子体的温度极高，任何材料的器壁都承受不了，因此必须将它与周围隔离。目前尚没有一种容器能够将温度为亿度的等离子体容纳在其中，太阳是靠其巨大的引力将等离子体约束住的，在地球上就必须寻找新的方法来约束等离子体。核聚变能及其未来早期研究的是磁约束等离子法，随着大功率激光器的发展提出了用激光引发核聚变惯性约束途径。磁约束原理 等离子体是有带电粒子组成的，带电粒子在磁场的作用下围绕磁力线运动，在没有其他外界的影响下不能横穿过磁力线，磁约束等离子法利用的
26、就是这个原理。核聚变能及其未来研究表明，一定强度的磁场只能约束一定压强的等离子体。等离子体压强加上磁压强是一个常量，这个常量的大小取决于磁场的强度，强度为B0的磁场所能约束的最高压强为B02/8。核聚变能及其未来由于原子核粒子的速度极高，为了克服粒子从终端逃走所带来的损失，采用“开端约束”或“封闭型约束”等方式。开端约束的设想是通过“磁镜系统”来实现的，用许多匝线圈缠绕在一根直的管状反应室上，两端的线圈比中间密。如果每一匝线圈上的电流强度一样，那么管子两端的磁场必然比中间强。核聚变能及其未来封闭型约束是将直管弯曲起来变成环管，如托卡马克系统、仿星器系统、环形箍缩系统等实验装置都是属于这一类型的
27、。目前最受重视、性能最好的一种磁约束装置是托卡马克系统。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。通电时托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很核聚变能及其未来高的温度，以达到核聚变的目的。在托卡马克系统中等离子体约束在一个金属壁的环管形反应室中，环管中同时存在着环向磁场和圈向磁场，前者有缠绕在环管上的线圈产生，后者由等离子体中的感生电流产生。这两个磁场合起来构成螺旋形的总磁场，克服等离子体的磁流体的不稳定性。核聚变能及其未来托卡马克磁场是扭曲的，其磁力线绕管一周后不自相闭合，以避免等离子体的漂移。通过独立地改变环向磁场和圈向磁场，已经找到了使等离子体特别稳定的条
28、件。目前人们研究的动力反应堆堆型都属于托卡马克装置。这种装置的特点是：原理上和结构上比较简单，比其它环形装置容易建造，而且建造大型设备的困难不大。核聚变能及其未来磁约束核聚变反应堆 核聚变反应堆的任务不但包括连续地实现可控的热核反应，还必须不断地把聚变能转变为电能输出。首先要建立起聚变堆的主体部分：一个稳定而又可控的热核反应区；其次，在热核反应区周围还必须设计一定的壳层结构，以便把聚变释放的能量从反应堆里运载出来，并利用聚变反应释放出的中子就地生产氚燃料，核聚变能及其未来同时对反应所产生的中子和其它核辐射进行防护；另外，在反应堆部分主体之外还应设计一套热工回路，高效率地把热能转换为电能输出；最
29、后设计一系列必要的辅助系统，如超导磁场系统、真空系统、等离子体加热系统、氚分离系统、燃料注入和等离子体操作控制系统等。磁约束受控聚变的实验研究装置种类繁多，各种类型的反应堆都具有自己独特核聚变能及其未来的工程技术问题，但有一些共同特点，如在进行热核反应的高温等离子体外设置真空室，它的作用是使等离子体包容在应有的真空度之下，并同外层结构先分开。尽管高温等离子体由于受到强磁场的约束而不会直接和真空室壁面发生碰撞，但由于核反应所产生的快速中子、等离子体辐射以及其他粒子将首先撞击真空室壁，因此用来构成真空室的材料核聚变能及其未来要耐高温、抗辐射、耐腐蚀；真空室外面围着一层熔解的Li，吸收中子的能量使自
30、己的温度达到1100，通过中子和Li核的相互作用产生氚核，补充燃料的消耗；中子储存在Li层中的能量可以用管道中的液态钾循环携带出来，这些管道铺设在Li层中，管道中沸腾的液钾蒸汽用来推动涡轮发电机发电，用过后高温钾蒸汽的能量可以用水钾热交核聚变能及其未来换器生产水蒸气，再用常规方法生产更多的电力，除了液钾循环之外，利用氦气或液态锂循环也是可能的。核聚变能及其未来国际上磁约束核聚变研究的发展分为六个阶段，即：原理性研究阶段；规模实验阶段；点火装置试验阶段；反应堆工程物理实验阶段；示范反应堆阶段；商用化反应堆阶段。目前国际上正在建设示范反应堆，并逐步向商用反应堆过渡，预计21世纪50年代可望实现商用
31、化反应堆。核聚变能及其未来惯性约束 在热核反应温度条件下，尽管原子核的飞行速度极快，但是它们从被加速起，直到飞出反应堆总还需要一定时间，如果在这极短的时间内完成聚变反应，就不再需要采取什么措施来约束等离子体。此时，等离子体将由其自身的惯性来完成约束，这就是惯性约束的基本设想。核聚变能及其未来惯性约束聚变中由激光器或粒子加速器产生很强的脉冲能量照射到一个含有D-T燃料靶丸上，靶丸的外表面吸收了激光或粒子束的能量后产生高温等离子体，一部分等离子体向外喷射，剩余部分的靶壳在向外喷射等离子体的反作用力作用下产生向内的聚心压缩，并在燃料的中心部分很小的体积中形成温度非常高、密度非常大的等离子体热斑。核聚
32、变能及其未来在这个热斑中的热核反应释放出巨大能量的中子和带电粒子，带电粒子将它的能量沉积于最靠近热斑附近的热核燃料，加热这部分燃料，并将它点燃，接着就产生了从里向外的热核燃烧过程，一直到把外面被压缩的、温度比热斑低一些的燃料点燃。核聚变能及其未来间接驱动的惯性约束聚变是将激光束或粒子束的能量照射在黑洞靶的内壁（激光）、泡沫塑料（轻离子束）或吸收辐射体（重离子束）上，并加热这些物质到高温，发射出X射线，间接驱动中的靶丸是放置在中间位置上，激光或粒子束在转换体上产生很强的X射线，用X射线照射在靶丸上再引起靶丸表面加热、压缩、点火和燃烧。核聚变能及其未来研究惯性约束聚变的目的是为了能向社会提供一种安
33、全、清洁、经济的能源。惯性约束聚变具有两个固有的特点：主要的分系统彼此都是可分离的；高性能高增益的靶，使得输出能量主要来自体积很小的靶上所释放的聚变能。核聚变能及其未来惯性核聚变能与磁约束核聚变能的比较在磁约束聚变堆中，等离子体在很强的磁场中约束和加热，环形的等离子体体积很大，密度比较低，而且必须将这样大体积的等离子体约束约100s，因此，磁场线圈必须很大，反应室的真空要求很高，等离子体虽然被约束住不和反应室的壁相碰，但是等离子体反应放出的中子要照射在反应核聚变能及其未来室壁上，造成中子辐照损伤和几年内器壁材料结构性能的变化，因此在整个反应堆的寿期中必须更换，由于中子的照射许多材料将变成放射性
34、，这将给运行和维修带来许多困难。在惯性聚变堆中，聚变等离子体的体积很小（直径不超过1mm），反应时间很短（1s），一旦燃烧，发生作用的区域是一个很小的范围反应核聚变能及其未来室的体积比较小，反应室内真空度的要求也比较低，只要能使激光或粒子束通过并射到靶丸即可，这就允许在许多设计中将一些高温的液体或颗粒状毡放在反应器的内壁上，它可以吸收一部分中子的能量，并使中子能量降低一定程度，使许多放射性反应不能进行，可以对反应器壁起保护作用延长寿命，更重要的是激光束或粒子束发生器和聚变反应核聚变能及其未来器可以距离较远，激光束或粒子束可通过传输进入反应室，因此驱动器不会被污化，容易进行操作和维修。惯性聚变燃料的燃耗可达30%，而磁约束聚变堆的燃耗只能达到百分之几；惯性聚变每秒要有5-10HZ的重复频率，调节重复频率的数目就可以控制其平均功率和输出能量。核聚变能及其未来相对于磁约束聚变能，惯性聚变能的困难表现为它是脉冲状态工作的。由于惯性聚变能的反应在时间和空间上都是在很小的范围内进行，再加上要求的激光束或粒子束的数目很大，因此，从头到尾各个环节都要求很高的精确度。
