ASIPP世界能源消耗将持续增长世界能源消耗将持续增长可控核聚变及其重要性可控核聚变及其重要性 (Fusion and its Importance)世界能源消耗将持续增长世界能源消耗将持续增长 (The energy use of mankind will increase further)原因是 ：原因是 ：人口的增长人口的增长 人口的增长人口的增长 工业化的进步工业化的进步 生活水平的不断 提高生活水平的不断 提高1什么是未来可替代能源什么是未来可替代能源?ASIPP化石能源的问题化石能源的问题 (The problems of fossil energy)现有的宝贵化石资源有限现有的宝贵化石资源有限 (World Fossil Reserved)化石能源的污染严重化石能源的污染严重 (Grievous Pollution)(The problems of fossil energy)(World Fossil Reserved)(Grievous Pollution)2ASIPP我国化石能源资源严重短缺我国化石能源资源严重短缺我国化石能源资源严重短缺我国化石能源资源严重短缺来源：上海综合经济简报，来源：上海综合经济简报，2005.02期期资源种类资源种类煤炭煤炭石油石油天然气天然气水电装机容量水电装机容量资源种类资源种类煤炭煤炭石油石油天然气天然气水电装机容量水电装机容量 （亿吨）（亿吨）（亿立方米）（亿千瓦）（亿吨）（亿吨）（亿立方米）（亿千瓦）探明储量探明储量114533117043 53探明储量探明储量1145 33 11704 3.53开采年限开采年限5481 1520 2858 38104可开采到可开采到2085 2025 2065 2110 !在未来在未来在未来在未来5050100100年内年内必须找到替代能源必须找到替代能源！年内年内必须找到替代能源必须找到替代能源！中国的铀资源仅能支持中国的铀资源仅能支持4-5 100万万kW核电站。核电站。3在未来在未来在未来在未来5050100100年内年内，必须找到替代能源必须找到替代能源！年内年内，必须找到替代能源必须找到替代能源！ASIPPThe fission energy has been used in many countries裂变能技术已经成熟裂变能技术已经成熟，并被广泛用于核电站并被广泛用于核电站裂变能技术已经成熟裂变能技术已经成熟，并被广泛用于核电站并被广泛用于核电站EfEnergy use for generating electricity 用于发电的各种能源用于发电的各种能源4用于发电的各种能源用于发电的各种能源ASIPPThe nuclear energy will be important part for future energy 核能是未来新能源的重要组成部分核能是未来新能源的重要组成部分for future energy 核能是未来新能源的重要组成部分核能是未来新能源的重要组成部分万亿度万亿度 TWh (Tera-Watter Hour)(Source: World Energy Council and IIASA, 1998)TWh (Tera Watter Hour)5至至2100年全球电力消耗年全球电力消耗 World electricity use up to 2100Einsteins famous equation: E = mcE = mc2 2核裂变能源和核聚变能源是理想新能源核裂变能源和核聚变能源是理想新能源核裂变能源和核聚变能源是理想新能源核裂变能源和核聚变能源是理想新能源ASIPP Einsteins famous equation: E = mcE = mc2 2核裂变和核聚变反应可使总质量减小释放出大量能量核裂变和核聚变反应可使总质量减小释放出大量能量核裂变和核聚变反应可使总质量减小释放出大量能量核裂变和核聚变反应可使总质量减小释放出大量能量ASIPP裂变与聚变的比较裂变与聚变的比较优势优势 (Advantages)劣势劣势 (Disadvantages)裂变能裂变能清洁清洁废物处理困难废物处理困难 Fission 无无CO2潜在的安全问题潜在的安全问题2 无直接污染无直接污染资源有限资源有限聚变能聚变能清洁清洁关键技术有待进一步研发关键技术有待进一步研发 Fusion无无CO特别是低活化材料的研发特别是低活化材料的研发Fusion 无无CO2特别是低活化材料的研发特别是低活化材料的研发 固有安全性固有安全性 燃料无限燃料无限，可获得性好可获得性好燃料无限燃料无限，可获得性好可获得性好7ASIPPWhy: Fusion energy inherent safe? 为什么聚变能具有固有安全性为什么聚变能具有固有安全性？为什么聚变能具有固有安全性为什么聚变能具有固有安全性？ Reactant of fusion isReaction Peak Reactant of fusion is like the ball on the top of the reaction peakDeuteriumTritium of the reaction peak. Any failure of the operation will stopoperation will stop reaction automatically聚变反应中的高能物聚变反应中的高能物聚变反应中的高能物聚变反应中的高能物 质极易回到低能安全质极易回到低能安全 态态，反应自行终止反应自行终止。8态态，反应自行终止反应自行终止。ASIPPWhy: Fusion fuel inexhaustible and accessible world wide?world wide? 为什么聚变原料无限，并且可获得性好？为什么聚变原料无限，并且可获得性好？ Deuterium is abundant in the oceanabundant in the ocean and can be used by mankind for moremankind for more than ten billion years.氘普遍存在于海水中氘普遍存在于海水中，氘普遍存在于海水中氘普遍存在于海水中， 可供人类所用几十至可供人类所用几十至 上百亿年上百亿年。9上百亿年上百亿年。ASIPP10ASIPPThe suns energy is from fusion 太阳能就是通过聚变产生的太阳能就是通过聚变产生的 The sun releases huge 太阳能就是通过聚变产生的太阳能就是通过聚变产生的fusion energy to the universe in steady- state way. May we govern fusion energy on the earth as we like?人类可否在地球上实人类可否在地球上实 现太阳上的持续核聚现太阳上的持续核聚现太阳上的持续核聚现太阳上的持续核聚 变反应？变反应？ASIPP球容实的核应球容实的核应核聚变能核聚变能核聚变能核聚变能 地地球球上最上最容容易易实实现现的核的核聚变反聚变反应应： D(氘氘) + T(氚氚)4He(氦氦) + n(中子中子)D(氘氘) + T(氚氚) He(氦氦) + n(中子中子) n(中子中子) + 6Li(锂锂) 4He (氦氦) + T (氚氚) 实现上述反应的条件实现上述反应的条件: 温度温度T大于大于亿度亿度；温度温度T大于大于 一一 亿度亿度； 密度密度n大于大于 5 10 20 m-3 能量约束时间能量约束时间 大于大于 1-2 秒秒n T 110 21m - 3kev S+14.2 Mev+17.6 Mev+3.4 Mev氘氚聚变将为人类提供可持续发展的清洁能源和最丰富的中子源ASIPP自然界实现聚变的途径自然界实现聚变的途径自然界实现聚变的途径自然界实现聚变的途径(Three different fusion ways)(Three different fusion ways)磁场磁场核子核子核子核子强能束电子强能束电子磁约束磁约束燃料丸燃料丸惯性约束惯性约束 引力约束引力约束惯性约束惯性约束14ASIPPKey problems to utilize fusion energy peacefully 和平利用聚变能尚待解决的关键问题和平利用聚变能尚待解决的关键问题 Two key problems left:和平利用聚变能尚待解决的关键问题和平利用聚变能尚待解决的关键问题 Two key problems left: -Controllability:Control the fusion reaction likprocess as we like -Sustainability: Make the fusion reaction sustained in steady-state. 存在两大难题存在两大难题：存在两大难题存在两大难题：- 可控：按人类的意愿控制核聚变反应的过程可控：按人类的意愿控制核聚变反应的过程 持续持续：使核聚变反应稳态地一直维持下去使核聚变反应稳态地一直维持下去15- 持续持续：使核聚变反应稳态地一直维持下去使核聚变反应稳态地一直维持下去ASIPPTokamak: The most hopeful approach to realize the fusion energy peacefullythe fusion energy peacefully 托卡马克托卡马克：最有希望实现聚变能和平利用的途径：最有希望实现聚变能和平利用的途径16托卡马克的基本结构托卡马克的基本结构托卡马克的基本结构托卡马克的基本结构17TOKAMAK (Russian for Toroidal Magnetic Chamber)托卡马克上开发核聚变能托卡马克上开发核聚变能科学可行性科学可行性已得到证实已得到证实!ASIPP最高温度达到 2-42-4 亿度；最高聚变输出功率超过最高聚变输出功率超过16 兆瓦；16 兆瓦；聚变输出功率/输入功率,已达到 1.251.25；（但只能维持几秒时间）ASIPPHT-6B&HT-6M中科院等离子体所磁约束核聚变的发展中科院等离子体所磁约束核聚变的发展 聚变能是中国战略能源的重要组成。聚变能是中国战略能源的重要组成。中国可控核聚变研究中国可控核聚变研究以聚变以聚变 能源作为自己的主要目标能源作为自己的主要目标并将研究重点集中于最有希望的托卡并将研究重点集中于最有希望的托卡中科院等离子体所磁约束核聚变的发展中科院等离子体所磁约束核聚变的发展能源作为自己的主要目标能源作为自己的主要目标，并将研究重点集中于最有希望的托卡并将研究重点集中于最有希望的托卡 马克途径。马克途径。HT-6M Tokamak 1985-2002HT-6B Tokamak 1982-1992 R=40 cm, a=12.5 cm, 0.8 T R=65cm, a=20 cm, pump limiter19 Plasma: 40 kA, 0.3 keV, 40 ms 100 kW LHCD, 50 kW ECRH Plasma: 150 kA, 1.2 keV, 100 ms, 1.5 T 0.3MW LHCD, 1MW RF, 0.2MW ECRHASIPPHT-7The HT-7 Superconducting Tokama