摘 要：核能的开发与利用是未来新能源的主要发展目标。基于此，文章论述了一种基于托卡马克实验装置及核聚变反应原理，在这个基础上讨论了人类利用核能以来所发生的事故及其原因和所造成的危害。供大家参考。
关键词：核聚变；新能源；利用
中图分类号：TL62文献标识码：A
1.未来新能源的开发
随着社会的大力发展和人口的猛增，以及国与国之间工农业竞争的需求，以煤炭、石油、天然气等化石能源替代柴薪的第一次能源革命给社会经济带来了突飞猛进的发展。据估计，一百年后地球上的化石能源将会面临枯竭。而核能是另一种能源家族的新成员之一。1991年11月9日，欧洲的科学家在英国首次成功地进行了实验室里的受控热核聚变反应试验，从而揭开了核聚变能利用的序幕。
2.托卡马克实验装置及核聚变反应原理
2.1托卡马克实验装置
利用核能的最终目标是要实现受控核聚变。1954年，第一个托卡马克装置在原苏联的库尔恰托夫原子能研究所阿齐莫维齐等人构建的。托卡马克(英文名Tokamak)是一种用来实现核聚变的实验装置，利用磁约束来实现受控核聚变。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)[2]。它利用外部线圈产生环向磁场与等离子体电流自身产生的极向磁场共同构成旋转变换的磁场位形。等离子体电流由变压器感应次级线圈－等离子体产生。
图1.托卡马克外观装置截面图
托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候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高的温度，以达到核聚变的目的。在国际原子能（IAEA）的支持下，目前有欧、美、日、俄四国联合设计的国际热核实验反应堆即（ITER）正是基于多个大装置的实验结果建立的接近反应堆尺寸的大型装置，它将极大的促进聚变的物理研究和工程发展。
2.2核聚变能的反应原理
核能的利用大体上有两种形式：一是核裂变能；二是核聚变能。裂变能是重金属元素的核子通过裂变而释放的巨大能量。受控核裂变技术的发展已使裂变能有了一定的进步，但裂变反应需要的燃料铀等重金属元素在地球上含量比较稀少，不能维持人类长期的需求。裂变反应堆的固有不安全性也是对人类社会的一种潜在的威胁，这些因素限制了裂变能的发展。聚变能是目前所知能解决未来能源问题的最佳新能源。
聚变能是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，同时并释放出的大量能量的过程。核聚变中最容易实现的过程是氢的同位素氘（D）和氚（T）反应生成氦和中子（n），反应式如下：
（1）
n+T→4He+n+4.79MeV
在海水中含有大量的D和 ，利用上式反应中所产生的快中子对氚进行再生成，主要利用以下核反应：
n+6Li→T+4He+4.79MeV （2）
n+7Li→n+T+4He-2.47MeV（3）
在上面反应中，第一个反应式放热反应，可以由慢中子引发；第二个是吸热反应，要求中子有一定的阈值（2.47MeV）能量，所以，只需要在第一次反应投料时“借用”一定量的氚，以后的反应就不需要再加入氚了，而是利用第一次反应所产生的中子和锂的反应来补充，氘氚聚变反应最终消耗的是氘和锂。聚变能是一种用之不尽的能源，这就是世界各国尤其是发达国家不遗余力竞相研究、开发聚变能的根本原因。
2.3核聚变能与核裂变能
核聚变能与核裂变能相比有以下几点优势：一是核聚变能原料在地球上存储量大。海水中含有大量的氘（D）和锂（），氚T又可以从锂（）中提炼和反复循环利用。据推算，每升海水中含有0.03克氘，地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。仅在地球上蕴藏的核聚变能约为蕴藏的可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍，可以说是取之不竭的能源。、二是核聚变能既干净又环保。尽管氚（T）具有放射性它的半衰期仅8年，比起核裂变所出生的放射性的半衰期15年，基本上缩短了一半年限。聚变产物He是一种无污染清洁的氦气。与核裂变相比，核聚变的产物少，危害性小。三是安全性能高，由于核聚变堆是连续供应原料，而不是像核裂变存储了较多的原料在堆内部，所以它不易发生事故导致堆的熔化或是爆炸性事故。核聚变反应不像核裂变的链式反应，所以核聚变是一种相对于核裂变具有内在安全性的能源途径。由此可见聚变能是一种无限清洁而又相对安全的新能源。
3核能利用的安全性
虽然核聚变具有很大的发展空间和美好的发展前景，但核能所造成的危害也不得不令人生畏。核电站是利用核能最有效的途径，1954年世界第一座试验性核电站在苏联莫斯科附近问世，人类利用核能从此开始，但在利用核能的同时也给人类带来很大的危害，特别是在核能利用的技术上还待进一步加强。下表是从人类利用核能以来所发生的事故及其原因和所造成的危害。
从世界范围来看，在利用核能的同时，核能安全利用问题也是最为值得注意的，但随着科学的发展，技术的进步，相信不久的未来人类会更好的利用核能与发展核能，造福子孙后代。
参考文献
[1]石秉仁.磁约束聚变原理与实践[M].北京：原子能出版社，北京，1999，（3）.
[2]朱士尧.核聚变原理[M].北京：中国科大出版社1992，(5).
[3][日]宫本健郎.热核聚变等离子体物理学[M].科学出版社1981，(7).
[4]石秉仁，龙永兴."长脉冲托卡马克反应堆堆心物理核聚变与等离子体物理 [D].1977.
[5]Pamela，et al. Overview of results and possibilities for fast particle research on JET， Nuclear Fusion，42 (2002)1014.