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术语表 · 核电

核聚变

氘、氚等轻原子核结合成较重的原子核并释放能量;太阳的能量来源,也是一条处于实验阶段的发电途径。

最容易实现的聚变反应是氘-氚(D-T)反应:

D + T → He-4 (3.5 MeV) + n (14.1 MeV);每次反应 17.6 MeV

它需要约 1–1.5 亿 °C 的等离子体温度。要实现点火,劳森三重积(密度 × 温度 × 约束时间)必须超过约 3 × 1021 keV·s/m3。主要有两条路线:

  • 磁约束:托卡马克(ITER、JET、JT-60SA、SPARC)和仿星器(Wendelstein 7-X)。
  • 惯性约束:用激光压缩燃料靶丸。美国国家点火装置(NIF)在 2022 年 12 月实现了靶增益大于 1(输入 2.05 MJ 激光能量,产出 3.15 MJ),之后产出超过 5 MJ,不过按插座端计算,激光耗能约 300 MJ。

关键指标是 Qplasma(聚变功率与加热功率之比)和 Qengineering(净发电)。位于法国的 ITER 目标是在 500 MW 聚变功率下实现 Q = 10;修订后的基线把 D-T 运行推迟到 2030 年代后期。Commonwealth Fusion Systems、Helion、TAE 等私营公司瞄准 2030 年代建成示范电站。

尚待解决的难题包括:用锂包层增殖氚(氚很稀缺,全球约 20 kg),能承受 14 MeV 中子损伤的材料,以及具备经济性的功率密度。聚变不产生长寿命高放废物,但活化的结构部件需要管理。和裂变不同,聚变没有可能失控的链式反应。

相关术语

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  • 核裂变

    铀-235 或钚-239 等重原子核吸收一个中子后分裂成较轻的原子核,释放约 200 MeV 能量和更多中子。

  • 钍燃料循环

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  • 希沃特(辐射剂量)

    有效剂量的国际单位,按辐射类型和组织敏感性对吸收的辐射能加权,用于估算随机性健康风险;1 Sv = 1 J/kg。

  • SMR(小型模块化反应堆)

    单个模块电功率最高约 300 MWe 的核反应堆,设计上在工厂制造、模块化部署,以缩短工期、降低融资风险。