可控核聚变研究报告：科普，从氘氚反应到托卡马克（16页）

行业报告下载 2025年03月12日 07:31 管理员

之所以核聚变燃料普遍选择氘氚，燃料来源与安全性方面并非主要的原因，很大程度上是因为其物理特性与技术实现难度，实现氘氚反应需要的聚变三乘积较小，在工程上更容易实现。首先，氘氚反应的截面（强核力起作用的范围）较大，这意味着在相同的温度和密度条件下，氘核和氚核发生碰撞并融合的概率更高。其次，氘氚反应的点火温度相对较低，通常在 1 亿摄氏度左右，相比其他核聚变反应，这一温度更容易达到。此外，在 15 keV（约 1.74 亿摄氏度）时，氘氚反应的聚变三乘积最小，这意味着在此温度下更容易满足劳森判据，实现可控核聚变。氘氚反应生成的氦核携带 3.5 MeV 能量，这些高能氦核可以将能量传递给周围的等离子体，从而维持反应所需的高温。在聚变反应堆中，通过循环利用氦核能量，可以在停止外部能量输入后，依靠聚变产生的能量维持等离子体的温度，实现自持燃烧。这种自持燃烧状态意味着反应可以在没有外部能量支持的情况下持续进行，这是实现可控核聚变的关键目标之一。然而，在达到自持燃烧之前，必须确保等离子体在足够长的时间内保持高温状态。这个时间被称为约束时间。只有当约束时间大于开始自持燃烧的时间时，才能实现自持燃烧。约束时间的长短取决于等离子体的温度、密度以及能量约束效率等多个因素。在磁约束聚变中，等离子体的平均离子温度、密度和能量约束时间的三者乘积需要满足劳森判据，才能满足自持燃烧的条件。