核聚变与核裂变的比较
核聚变和核裂变都是利用原子核的能量,但其原理和特性形成对比。
每个核子的结合能在铁附近达到最大值。从这条曲线可以推导出两条能量释放路径。核聚变通过结合轻原子核,核裂变通过分裂重原子核,过渡到更稳定的原子核,并释放出其质量亏损的能量。
在D-T核聚变反应中释放17.6 MeV的能量,而铀235的核裂变释放约200 MeV的能量。核聚变每次反应释放的能量较小,但在质量能量密度方面可达到核裂变的约4倍。
核裂变燃料铀按当前消费率有约100年的储量。而核聚变燃料氘在海水中几乎无限存在,用于氚生产的锂资源量也有数亿年。
核裂变反应堆通过链式反应运行,如果失去控制可能发生失控事故。停止后仍会产生衰变热,需要持续冷却。
核聚变反应堆不存在链式反应,等离子体一旦紊乱反应会自动停止。反应堆内的燃料仅有几克,失控在原理上是不可能的。
核裂变会产生含有半衰期达数万年的锕系元素的高水平废物,需要深地质处置。核聚变直接产物氦是无害的,中子对结构材料造成的活化是主要的废物来源。使用低活化材料,约100年内可衰减到可再利用的水平。
核裂变技术可以通过铀浓缩和钚提取转用于核武器制造。核聚变技术不会产生这类裂变物质,被认为核扩散风险较低。
核裂变发电在1950年代实现商业化,目前供应全球约10%的电力。核聚变发电预计在2030年代ITER全面运行、2050年代DEMO原型堆之后,商业化将在2050年代以后实现。2020年代民间企业的参与也日趋活跃,预计开发将加速。