王伟伟，夏立东，李海容，张伟光，周晓松，龙兴贵，彭述明

中国工程物理研究院 核物理与化学研究所，四川 绵阳 621900

为了从根本上解决能源和可持续发展问题，可控核聚变是一条重要的途径。最典型的核聚变反应是氘(D)氚(T)反应，聚合后生成氦原子，并释放17.6 MeV的中子：

D+T=He+n+17.6 MeV

氕(1H，H)、氘(2H，D)、氚(3H，T)是天然存在的三种氢同位素。氕是稳定同位素，该原子核由一个质子组成，天然丰度大于99.98%。氘也是稳定同位素，该原子核由一个质子和一个中子组成，天然水中氘丰度约为0.015 6%。氚原子核由一个质子和两个中子组成，是一种不稳定的同位素，根据美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology, NIST)数据显示，氚的半衰期为(4 500±8) d，即(12.32±0.02) a。

氢的稳定化学形态，以同核分子态(H2、D2、T2)或异核分子态(HD、DT、HT)形式存在。同核分子态中存在两种不同的自旋方式：正态(ortho-)、仲态(para-)，不同温度下正-仲态比例不同，如常温下H2的正、仲态比例为3∶1。同核态与异核态之间存在如下交换平衡：

在催化剂的存在下，可以加速实现上述交换反应的平衡[1-2]。氚衰变释放β粒子也可以起到催化的效果[3]。

为了在地球上实现可控核聚变，全球最大的激光核聚变装置，被称为“人造太阳”的美国国家点火装置(NIF)已在2010年完成了首次综合点火实验。由33个国家参与合作建设的国际热核聚变实验堆(ITER)已在法国卡达拉舍开始建造。一旦ITER成功，有望实现聚变能源的商业利用。在2011年，我国提出并启动了中国聚变工程实验堆(CFETR)[4]，目前已完成顶层设计[5]。为了实现稳态运行，需要通过增殖氚来平衡各种氚消耗，实现氚自持是CFETR的一个重大科学目标[6]。……