聚變能量增益因子

聚變能量增益因子  ， 通常用符號Q表示 ， 是核聚變反應所產生能量與維持反應器等離子體穩態的輸入裝置能量之比 。 當Q = 1 ， 聚變反應所釋放的功率等於維持反應所需的加熱功率時 ， 稱爲收支平衡 ， 在某些地方也被稱爲科學收支平衡 。 自熱是獲得能量增益的關鍵 ， 聚變反應釋放出的部分能量可能被燃料重新捕獲 ， 從而導致自熱 。 大多數聚變反應會至少在無法在等離子體中捕獲的形式下釋放一部分能量 ， 因此Q = 1的系統無需外部加熱即可冷卻 。 使用典型聚變燃料時 ， 在至少達到Q = 5之前 ， 聚變反應堆中的自熱預計不會達到反應堆輸入功率 。 如果Q增加到Q = 5以上 ， 自熱的增加令反應堆不再需要外部加熱輸入能量以維持反應 。 在此之後 ， 聚變反應開始自我維持 ， 這種情形被稱爲聚變點火 。 點火後反應堆Q爲無限大 ， 通常被認爲是聚變反應堆的理想設計情景 。 隨着時間的推移 ， 一些相關的術語進入了核聚變詞典 。 不參與聚變反應自熱的能量可以從外部捕獲 ， 以產生電力 。 這些電力可以用來將等離子體加熱到工作溫度 。 以這種方式自供電的系統被稱爲運行在工程收支平衡狀態 。 在高於工程收支平衡的情景下運行時 ， 反應堆所產生的電能將超過其使用的電能 ， 因此多餘的電能可以被出售 。 可出售足夠電力以支付反應堆運營成本的狀態被稱爲經濟收支平衡 。 此外 ， 核聚變燃料 ， 特別是氚價格高昂 ， 所以很多實驗都是用氫或氘等各種試驗氣體進行 。 如果這類實驗用反應堆在使用氚作爲燃料下理論上可以達到收支平衡 ， 則該反應堆被稱爲推斷收支平衡 。 截至2017年 ， Q的記錄由英國的歐洲聯合環狀託卡馬克反應堆 （ JET ） 保持 ， 爲Q = （ 16MW ） / （ 24MW ） ≈ 0.67 ， 在1997年首次達到 。 國際熱核聚變實驗反應堆 （ ITER ） 最初的設計是爲了達到點火水平 ， 但目前設計可達到Q = 10 ， 用50兆瓦的輸入熱功率產生500兆瓦的聚變功率 。 推斷收支平衡的最高記錄則由日本的JT - 60託卡馬克反應堆保持 ， Qext = 1.25 。