世界上核電國家多年統計資料表明,雖然核電站投資高於燃煤電廠,但是,由於核燃料成本遠遠低於燃煤成本,而核燃料反應所釋放的能量卻遠遠高於化石燃料燃燒所釋放出來的能量,而且核燃料來源較廣,這就使得核電站總發電成本低於燒煤電廠。
7.核能是可持續發展的能源
據估計,世界上核裂變的主要燃料鈾的儲量為490萬噸。這些裂變燃料足可以用到聚變能時代到來。核聚變的燃料是氘和氚,l升海水能提取30毫克氘,在聚變反應中產生約等於300升汽油的能量,即“1升海水約等於300升汽油”。地球上海水中有40多萬億噸氘,足夠人類使用百億年。氚是從鋰元素分裂而來,地球上鋰儲量2000多億噸。鋰可用來製造氚,地球上能夠用於核聚變的氘和氚的數量,可供人類使用上千億年。太陽已經燃燒了50億年,專家測算還能燃燒50億年。有關能源專家認為,如果解決了核聚變技術,人類將從根本上解決能源問題,直到太陽係毀滅。
四、約束核聚變
苛刻的受控核聚變條件
目前主要的核聚變類型有
D+D→T+P
D+D→3He+n
D+T→4He +n
D+3He→4He+p
3He+3He→4He+2p
其中:D=氘,T=氚,P=質子,n=中子
在這些聚變中,氘—氚聚變是相對容易實現的一種核聚變。以此來討論要實現受控核聚變必須具備以下物理條件。
①超高溫度:氘和氚的混合材料的熱核聚變反應溫度在1億度以上。在這種溫度下,氘氚混合氣體已完全電離,成為帶正電的氘、氚原子核和帶負電的自由電子混合而成的等離子體。
②等離子體約束:將上述等離子體約束起來,才能增大聚變反應的幾率,相遇的概率才夠大,不至於失散。
③勞森判據:簡而言之,就是氘、氚原子核和自由電子混合的等離子如果要發生持續受控核聚變,在溫度、粒子數密度和具體約束時間上需要滿足的定量關係。這是從能量角度得出的,隻有核反應產生的能量大於維持係統反應基本所需能量時,持續的核聚變才可能發生。
磁約束實現受控核聚變
磁約束就是通過磁場來約束參與反應的混合等離子體。
在長圓柱體空間裏的等離子因為帶電荷受洛倫茲力而做圓周運動。磁場中所有的等離子體就好像串繞在一條一條磁力線上,沿著磁力線做半徑微小的螺旋形運動。這樣就實現了對這些等離子體的約束,直到粒子之間的碰撞使它們離開各自原來串繞的磁力線。另一方麵,作螺旋形運動的帶電粒子就是一個微小的螺旋形的電流。
這種磁約束可以將原來是自由等離子體狀態的體積縮小到原來的1/106。但這種約束作用隻表現在垂直於磁場的方向;在平行於磁場的方向,等離子體仍沒有得到約束,在磁場圓筒方向上要求長度足夠長。這樣會引起等離子體沿圓筒真空室兩端逸出的損失。
目前,磁約束聚變裝置類型有托卡馬克、球形托卡馬克、仿星器、磁鏡、箍縮裝置、球馬克、內環裝置等。托卡馬克是由前蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所的阿爾齊莫雄奇等人首先提出來的,它的結構最簡單,在其上所獲得的等離子體參數是到目前為止最好的,也是有可能最先建成的熱核聚變反應堆。