在過去的22年中托卡馬克聚變堆一直在進行氘等離子體的實驗。該裝置每年平均消耗三公斤的重水。
氘是在大爆炸發(fā)生后的第一分鐘誕生的，當(dāng)時質(zhì)子和中子瘋狂地配對成十億度的原始加速度時候，后來成為宇宙。
當(dāng)加速度稍微緩慢后，氘原子核配對成氦（兩個質(zhì)子，兩個中子），而單個質(zhì)子作為孤立的氫核繼續(xù)存在。因此，原始物質(zhì)分為兩個不相等的部分：四分之一的氦；四分之三的氫。
但是，該過程并不徹底。一小部分氘原子核（也稱為氘核）保持它們不成對且孤獨的原樣，之后與氫一起在星體中燃燒。
存活在恒星爐中的氘核最終與氧原子二對一結(jié)合，現(xiàn)在在海水中的氘濃度為每升33毫克。
氫，氘和氚是近親。從化學(xué)角度來看，它們非常相似。但是就物理學(xué)而言，它們的性質(zhì)非常不同。
從海水中提取氘是一個簡單且成熟的工業(yè)過程。首先通過化學(xué)交換過程將“重水”或氧化氘（D2O）（氘代替氫的水）從常規(guī)水中分離出來，然后進行電解以獲得氘氣。
氘的市場很小：在電子工業(yè)中，氘是某些工業(yè)過程中的氫替代品；在生物化學(xué)中作為非放射性示蹤劑；在光譜學(xué)中，存在于“氘弧燈”中；當(dāng)然，還有聚變研究。
在所有可能的聚變反應(yīng)中，涉及氘（D）和另一種重同位素氚（T）的是在當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)下最容易實現(xiàn)的。盡管存在一些缺點，例如產(chǎn)生高能中子，以及氚是一種輕度放射性元素，氘氚反應(yīng)可能會保留很長一段時間，成為產(chǎn)生可行的聚變能的唯一途徑。
迄今為止，只有JET裝置和美國托卡馬克TFTR燃燒了“實際聚變?nèi)剂?rdquo;（氘和氚），并產(chǎn)生了大量的聚變能。目前的托卡馬克或恒星都使用“僅氘”等離子體進行實驗，其在限制，加熱和一般“等離子體工程”方面的行為與DT等離子體非常接近。
在Tore Supra托卡馬克聚變堆CEA柵欄的另一側(cè)，過去22年中一直在進行氘等離子體的實驗。該裝置每年平均消耗3公斤氘，以50升水箱的形式在200巴的壓力下（在環(huán)境壓力下約為10立方米）運到卡達拉什(Cadarache)。氘是從一家商業(yè)公司購買的，每公斤的成本約為4000歐元。
CEA磁聚變研究所（IRFM）的聚變物理學(xué)家，五個Tore Supra飛行員之一弗朗索瓦·圣洛朗（François Saint-Laurent）解釋說：“與許多國家、與國際原子能機構(gòu)相反，法國認為氘是核材料。” “這意味著對我們在機器中存儲和使用的氘量進行非常嚴格的跟蹤。”
弗朗索瓦·圣·洛朗(Francois Saint-Laurent)是五個“飛行員”之一，他一絲不茍地計算著這個裝置產(chǎn)生的每個中子和氚原子核。
僅氘的等離子體中的聚變反應(yīng)速率如此之低，幾乎可以忽略不計：在給定的溫度下，它比DT等離子體低1,000至10,000倍。
“不過，在類似Tore Supra的裝置中仍產(chǎn)生了極少量的中子，氚和氦-3。（DD反應(yīng)呈現(xiàn)出50/50的概率產(chǎn)生一個質(zhì)子和一個氚核，或一個中子和一個氦-3核。）。
因此，弗朗索瓦·圣洛朗對產(chǎn)生的每個中子核和氚核進行了細致的計數(shù)。“隨之而來的激活非常低，以至于我們在完成一項運動后的一天左右就可以進入真空容器。”
氘使聚變研究成為可能。結(jié)合氚，這種原始的單質(zhì)子/單中子元素將很快為聚變能生產(chǎn)開辟道路。
京公網(wǎng)安備 11011302005839號 中國國際氣體技術(shù)、設(shè)備與應(yīng)用展覽會組委會版權(quán)所有
中文
English