核聚变发电需要用蒸汽轮机吗？

问题描述：核聚变发电需要用蒸汽轮机吗？核聚变发电会产生大量的废热吗？需要像裂变发电那样加热水产生蒸汽推动轮机发电吗，还是直接输出电流？如果是这样，核聚变真的是人类的未来，真正的清洁能源。

海淘网友：核电是清洁能源？

目前广泛应用的核电是核裂变反应堆，之所以核电被称为清洁能源是因为核电在运行过程中不会像火电厂排放温室气体如二氧化碳以及氮氧化物，一座1000兆瓦，也就是通常所说的百万千瓦机组运行一年可以减少消耗煤炭约3百万吨，少向大气中排放二氧化硫2.5万吨，少排放氮氧化物1.5万吨，少排放灰尘32万吨，减少二氧化碳排放量600万吨。核裂变发电使用的核燃料通常为为低富集度的铀燃料，有效裂变材料是铀235，富集度百分之1到百分之五不等，与堆型以及所处的寿期循环有关。

核电被大众争议的地方：

上马核电目前主要存在的争议主要有以下两点:

一、是如果发生核泄漏事故怎么办？引发核泄漏包括人因失误，设备故障，自然灾害等方面。这些在核电厂建设前，运行中主要关注的问题。

二、退役乏燃料的处理。在反应堆运行过核燃料，称为乏燃料，乏燃料不同于新燃料，新的燃料未经过燃烧前抱着合影都没问题，但是乏燃料的剂量却非常大，乏燃料目前还没有找到合适的处理方法，一台百万千瓦核电运行一年约产生30顿的核废料，目前乏燃料通常是湿式贮存，即放在水池里面，因为水可以屏蔽中子。

核聚变受宠原因

优点一、核聚变原料储存量大，裂变用的铀是矿产资源，有的国家比如日本是贫铀国家，自己没有铀矿石，全靠进口。大海里就有丰富的聚变所需的氘，据测算，每升海水中含有0.03克氘，聚变后可以提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量，地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。可以想象这就相当于取之不尽用之不竭的能源，地球上可供核聚变的材料是可进行核裂变元素所能释出的全部核裂变能的1000万倍。

优点二，聚变不会产生高放射性废物，对环境和人类没有放射性危害。

聚变可以摆脱汽轮机发电吗

目前世界上最先进技术一般都是先应用于国防上面，目前核动力航母仍在使用汽轮机，所以目前的科学水平还无法摆脱汽轮机，究其原因分析如下：

1，为了建立辐射防护屏障，安全运行，一般不采用有放射性的工质直接推动机械动力设备，直接推动原动机的如现在的沸水堆，这样一是增加机械设备的寿命，二是可以通过蒸汽发生器作为辐射防护屏障，隔离含放工质和非含放工质。目前沸水堆已经不是核电发展主流，将逐渐淘汰。

2，通过蒸汽推动汽轮机易于控制。电网对电的品质有严格要求，我国电网频率为50赫兹，频率直接与发电机转速有关，目前核电和火电机组转速一般为1500转或者3000转，水电转速低一些。为了提供符合频率的电能，就要控制转速，需要调节汽轮机进汽量，这通过一个调节阀门就可以实现。

领域专家：核电站中无论是什么类型的堆芯结构，都是利用核子发生链式反应放热后加热水，通过热交换器后利用蒸汽推动蒸汽轮机做功将热能转换成动能，蒸汽轮机带动发电机做功的装置，所以不管反应堆是最早的沸水堆还是目前主流的压水堆亦或者是最新的高温气冷堆(基于压水堆改进)，热动能转换原理都是一样的，当然不管是陆地的核电站还是核潜艇，核动力航母其动力装置原理都一样，只不过舰船用的功重比大很多。

领域专家：人类所掌握的发电技术有3种：

机械能转化为电能：

英国科学家法拉第发现：闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动时，在导体上就会产生电流的现象叫电磁感应现象，产生的电流叫做感应电流。

化学能转化为电能：

将化学能和电能相互转换的装置，能将化学能转化为电能的是原电池。

原电池是利用两个电极之间金属性的不同,产生电势差,从而使电子的流动,产生电流.又称非蓄电池，是电化电池的一种，其电化反应不能逆转，即是只能将化学能转换为电能，简单说就即是不能重新储存电力。

而现代科技还发明了燃料电池：

燃料电池是一种能量转化装置,它是按电化学原理,即原电池工作原理,等温的把贮存在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能,因而实际过程是氧化还原反应。燃料电池主要由四部分组成,即阳极、阴极、电解质和外部电路。燃料气和氧化气分别由燃料电池的阳极和阴极通入。燃料气在阳极上放出电子,电子经外电路传导到阴极并与氧化气结合生成离子。离子在电场作用下,通过电解质迁移到阳极上,与燃料气反应,构成回路,产生电流。同时,由于本身的电化学反应以及电池的内阻,燃料电池还会产生一定的热量。电池的阴、阳两极除传导电子外,也作为氧化还原反应的催化剂。当燃料为碳氢化合物时,阳极要求有更高的催化活性。阴、阳两极通常为多孔结构,以便于反应气体的通入和产物排出。电解质起传递离子和分离燃料气、氧化气的作用。为阻挡两种气体混合导致电池内短路,电解质通常为致密结构。

光伏发电技术

光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术目前原子能尚不能直接转换电能

尽管很多国家都投入大量的精力去研究原子能，但目前尚未有原子能直接转化为电能的相关装置投入应用。

所以要应用原子能（核能）发电，需要在中间再经过两个能量转化过程

核能→ 热能→ 机械能→ 电能

水容易获得，温度有限，比热高，气化温度低，所以选择了采用水作为媒介。

气动机械能转化为电能其实是有多个选择的。

1.活塞曲轴，又间歇直线运动转换为转动。不连续性，两个转化过程损耗较大，效率低。

2.汽轮机，气动机械能的直线运推动汽轮上均布的倾斜叶片，直接转换为旋转力。直接转换成发电所需要的旋转动能，效率交，而且旋转摩擦较小，耐久性更高。

所以目前的技术选用汽轮推动来进行核能发电，还是比较优的方案。

以上内容是本人根据经验，物理常识，网络资料，综合编辑的。难免有不当的地方，希望大家多讨论。另外科技不断发展，过去的经验知识为未来的发展作铺垫，绝不应该应为经验而放弃新的思想。科技的发展应该大胆的想，细心的分析，耐心的验证，虚心的接受失败，强心的再站起来。

领域专家：如果“人造太阳”装置终有一天被人类制造出来，那就肯定需要用到汽轮机了，当然也同时采用磁流体发电。由于磁流体发电还不够完美，这里仅论述另一种核能利用方式，（关于什么是磁流体发电请参看文末资料）。因为氢核聚变反应时产生的能量需要对炉腔实施降温，降温产生的能量又无法直接推动发电机运转，这就必然需要一个中间能量转化环节—汽轮机。其原理应该是：在核聚变反应炉内埋设水管，聚变能加热水管内的水，水产生蒸汽，蒸汽推动汽轮机运转，汽轮机再带动发电机运转发电。

不过，这个被称作“托克马克”的聚变装置到底能不能最终建成并步入实用化，现在还不容过分乐观。人类已经知道，氢聚变反应的一个重要条件，就是环境温度要求达到一亿度左右的高温。如此高温之下，按常规手段，人类已难以制造出满足这样的耐高温容器。于是科学家们就采取磁约束手段实现连续反应。磁约束就是托克马克核聚变装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托克马克的内部就会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的氢等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。 聚变反应时必须运用小规模的反应通量，即通过控制核聚变燃料的加入速度及每一次的加入氘、氚数量，使核聚变反应按照一定的规模连续或有节奏地进行。因此，核聚变装置中的气体密度要求很低，才能实现持续可控的聚变反应。并且在反应过程中还要做到能效盈余，即能量的投入小，产出大才算成功。才能实现商业化运营。

附，资料来源。磁流体发电的原理：

磁流体发电中的带电流体，它们是通过加热燃料、惰性气体、碱金属蒸气而得到的。在几千摄氏度的高温下，这些物质中的原子和电子的运动都很剧烈，有些电子甚至可以脱离原子核的束缚，发生电离，结果，这些物质变成自由电子、失去电子的离子以及原子核的混合物，这就是等离子体，等离子体整体不显电性。将等离子体以超音速的速度喷射到一个加有强磁场的管道里面，等离子体中带有正、负电荷的高速粒子，在磁场中受到洛伦兹力的作用，分别向两极板偏移，于是正负电荷累积在两极板上并在两极之间产生电压，用导线将电压接入电路中就可以使用了。

磁流体发电的另一个好处是产生的环境污染少。利用火力发电，燃烧燃料产生的废气里含有大量的二氧化硫，这是造成空气污染的一个重要原因。利用磁流体发电，不仅使燃料在高温下燃烧得更加充分，它使用的一些添加材料还可以和硫化合，生成硫酸钾，并被回收利用，这就避免了直接把硫排放到空气中，对环境造成污染。

利用磁流体发电，只要加快带电流体的喷射速度，增加磁场强度，就能提高发电机的功率。人们使用高能量的燃料，再配上快速启动装置，就可以使发电机功率达到1000万kW，这就满足了一些需要大功率电力的场合。目前，中国，美国、印度、澳大利亚以及欧洲共同体等，都积极致力于这方面的研究。

磁流体发电机产生电动势，输出电功率的原理如上图。

1959年，美国阿夫柯公司建造了第一台磁流体发电机，功率为115kW。此后各国均有研究制造，美苏联合研制的磁流体发电机U－25B在1978年8月进行了第四次试验，气体-等离子体流量为2～4kg/s，温度为2950K，磁场为5T，输出功率1300kW，共运行了50小时。目前许多国家正在研制百万千瓦的利用超导磁体的磁流体发电机。

磁流体发电的缺点

现在磁流体发电机制造中的主要问题是霍尔效应，目前只有10%。通道和电极的材料都要求耐高温、耐碱腐蚀、耐化学烧蚀等，目前所用材料的寿命都比较短，因而磁流体发电机不能长时间运行。

注：上述磁流体发电原理和缺点的原文来源于百度。

领域专家：记得有个科学家说过，人类对能源的利用还停留在烧开水的程度。火电烧开水 光伏虽然有太阳能板却效率不及用镜子反光烧水发电，地热电站烧开水（或者别的液体气体），就连核电都是烧开水。（只有风电水电好像不在此列）

虽然目前并没有商用核聚变发电项目成功，但是如果短期内弄出了商用核聚变。应该还是不外乎烧水 推蒸汽轮机。核聚变，核裂变一样都是释放出大量的热，如果目前有成熟适合核聚变转化电能的方法 也一样可以用在现有的核电站上。而目前，核电站并没有摆脱烧水发电的命运，可想而知 并没有这种方法。

如果数十年后弄出聚变反应堆 或许就有了不用烧水获得电能的办法。

现有技术 不烧水当然也有办法。比如把热转化为光能用太阳能板接受 或者用斯特林发动机吸取热量运行。但是能效比 不如烧水来的快。

目前，核电站会产生大量的废热和核废料 但是核电依然被称为清洁能源，因为废热易处理，废料处理后对环境影响小，比传统火电清洁许多了。核聚变连核废料都省了 即使还是烧水 也没人敢说不是清洁能源。

领域专家：只要是通过热能发电，目前工业上都是由热能转换为动能，再由动能发电，目前普遍用的是蒸气轮机或燃气轮机，也不排除未来核聚变成功后会有新方式，但眼下没听说。只要仍然用的是热机，即使核聚变也逃不出卡诺循环的约束，热效率不可能100%，必有大量不能做功的废热，任何热机均是如此。此外，能源清洁不清洁不是由热效率决定的，而是由污染物排放量决定的，不是有废热就不清洁了。

领域专家：可以不用，哪怕是现在的技术也有很多途径，举个最极端的例子，假如你在聚变反应堆周围弄一圈太阳能板那不就能发电了吗，或者利用中心极高的温度造成一定范围内气压的一个梯度变化，然后设计某种机构引导气流带动风扇不是也可以吗，再或者利用其产生的大量等离子体使其不断的通过永磁体产生的平行磁场使±电子分离，制造磁流体发电机一样可以，所以路子很多

领域专家：应该叫 受控核聚变 ！不受控的那就是 氢弹。说到底它就是个锅炉！！！就是利用受控核聚变产生的热能来烧开水产生蒸汽，来推动蒸汽轮机带动发电机发电！！说到底 它就是个 热源 。和烧煤烧油烧天然气产生热是一样的。别的就不要嘚瑟了

领域专家：须要的，核聚变只是个热源，就像火力发电的热源是煤。他们最终还是要用这个热源把水煮开产生高压蒸气推动蒸汽轮机转动切割磁力线产生电，所以别听到核就以为有多牛。发电的技术原理从电发现到现在并没有什么本质的改变。

领域专家：目前以核形式产能的方式主要是以裂变形式，核聚变虽然能释放大量能量但是功耗太大，切具有设备局限性，所以目前都是以裂变形式作为发电站的主要能量来源方式，裂变产生的高能量通过使水汽化的形式带动发动机从而产生电能。