文档文本内容
热点06 人类能点亮自己的“太阳”吗？
关键词：核聚变
内容导航
..................................................................................................................................................................................... 2
一、中国技术突破与热点事件..........................................................................................................................2
二、2026 年两会科技看点：人造太阳照进现实.............................................................................................3
..................................................................................................................................................................................... 4
【考向分析】.............................................................................................................................................. 4
【设问预测】.............................................................................................................................................. 4
..................................................................................................................................................................................... 5
考向01 核反应方程与能量计算.......................................................................................................................6
考向02 磁约束原理与带电粒子运动............................................................................................................... 9
考向03 能源效率与可持续发展.....................................................................................................................16
在现代物理学前沿，核聚变被誉为解决人类能源危机的“终极能源”。它是恒星（如太阳）产生能量
的核心机制，即通过轻原子核（如氘、氚）的聚合反应释放出巨大的能量。相较于核裂变，核聚变燃料来
源广泛（海水中氘的储量几乎是无穷无尽的），且反应产物主要是氦气，几乎没有放射性废物，被视为
“清洁能源”。然而，实现核聚变的关键挑战在于如何在地球上模拟太阳内部的极端环境。
为此，科学家们提出了可控核聚变的概念，即在实验装置中创造足够高的温度（通常要求上亿度）和
约束条件，使得氘氚等轻核在受控环境下完成聚变反应。目前最具代表性的两大技术路径是磁约束聚变
（如ITER、EAST）和惯性约束聚变。其中，中国的EAST（Experimental Advanced Superconducting
Tokamak，先进超导托卡马克装置）被誉为“人造太阳”，其最新的技术突破（如高温超导磁体、长时间
稳态运行）标志着我国在可控核聚变研究领域进入了工程验证阶段
一、中国技术突破与热点事件
EAST（东方超环）：2025 年实现1 亿摄氏度、1066 秒稳态高约束运行，刷新世界纪录，首次完整模
拟未来聚变堆条件。
HL-3（中国环流三号）：2025 年突破离子温度1.17 亿摄氏度、电子温度1.6 亿摄氏度的“双亿度”运
行，迈过聚变“点火”温度门槛。
二、
2026
年两会科技看点：人造太阳照进现实
“合肥分会场展示潘建伟院士团队的量子计算机和‘人造太阳’。这类技术属国家重点突破的‘卡脖子
领域’，在‘十五五’规划中被反复强调。”
【考向分析】
在近年来的高考物理命题中，核聚变（特别是与中国“人造太阳”计划相关的内容）已成为一个高频
考点。这不仅考查学生的物理知识储备，更是对学生将物理知识与社会热点科技发展（如新能源、清洁能
源）结合的能力的检验。未来会出现描述“人造太阳”托卡马克装置结构的图形材料题，要求学生判断磁
场方向与电流方向（安培定则），或分析等离子体约束区域的大小与磁场强度关系。
核心知识点
1. 核聚变的本质
原子核结构与质量：区别核质量数、核电荷数与化学元素符号的不同。
核聚变定义：两个轻原子核（如氘、氚）在超高温高压条件下结合成较重原子核（如氦），并释放巨
大能量的核反应。
能量释放机制：遵循爱因斯坦质能方程 ΔE=Δm⋅c2，反应前后质量亏损转化为能量。
量化分析能力：计算能量释放、质量亏损，比较结合能。
逻辑推理能力：判断反应类型（链式反应 vs 非链式），解释为何核聚变能量更大。
2. 核聚变的条件与约束
反应条件（劳森判据）：温度 ≥ 1 亿摄氏度（克服库仑斥力），等离子体密度足够高，约束时间足够
长（维持反应持续）
燃料来源：氘（D）可从海水中提取（1 升海水≈300 升汽油能量），氚（T）可通过中子轰击锂再生。
物理图像能力：理解等离子体约束与磁场方向的关系（安培定则、右手定则）。
科技认知能力：联系国家重大科技工程（如“EAST”“HL-2M”）。
核心能力要求
1. 物理观念：理解核能、磁场、能量守恒等核心概念。
2. 科学思维：运用模型建构、科学推理解决复杂问题（如粒子轨迹分析）。将托卡马克装置简化为磁场中
的圆周运动模型。
3. 科学探究：解读实验数据，分析技术突破的意义（如EAST 长脉冲运行）。
4. 科学态度与责任：评价科技发展的社会影响，形成可持续发展观念。
【设问预测】
命题者会设计具体场景，将上述知识点融入其中。以下是几种典型的设问方式：
角度一：核反应方程与能量计算
1. 设问情境：2025 年，中国全超导托卡马克装置（EAST）实现1 亿摄氏度1066 秒稳态高约束等离子体
运行，模拟出未来聚变堆运行环境。该实验中，氘（² H）与氚（³ H）发生聚变反应生成氦核（⁴ He）并
释放中子，同时释放17.59 MeV 能量。
2. 典型设问：
写出氘核（²₁ H）与氚核（³₁ H）聚变的核反应方程，并说明为何该反应释放能量。
已知氘核质量2.0136u、氚核质量3.0150u、氦核质量4.0026u、中子质量1.0087u，计算一次聚变反应
的质量亏损及释放能量（1u=931.5MeV/c ²）。
比较聚变与铀核裂变（如235U 裂变释放约200MeV）的单位质量产能差异，解释聚变能源优势。
角度二：磁约束原理与带电粒子运动
1. 设问情境：2026 年，中国核聚变产业加速发展，多个项目招标总额增长5 倍。EAST 装置升级、氚循
环系统研发等工程进入实施阶段，但等离子体稳态运行、材料耐久性等问题仍待突破。
2. 典型设问：
画出氘核在匀强磁场中运动的轨迹示意图，推导其回旋半径公式
若环形磁场内边界半径R1=3R，外边界半径R2=❑√3 R，磁感应强度为B，求氘核不穿出外边缘的最大速
度及连续运动最长时间。
分析"仿星器"通过三维扭曲磁场约束等离子体与托卡马克电流约束的本质区别。
角度三：能源效率与可持续发展
1. 设问情境：可控核聚变被视为‘终极能源’，2026 年核聚变能科技与产业大会提出，中国将形成“国
家队引领、民企补位”的格局，目标2050 年建成商用示范堆，替代煤电成为基荷电源。
2. 典型设问：
计算1g 氘完全聚变释放的能量（氘核质量2.0136u），对比1g 汽油燃烧值（4.6×10⁷J/kg）。
估算全球年能耗（约6×10²⁰J）所需海水体积，说明聚变能源"近乎无限"的依据。
讨论可控核聚变在减少碳排放与解决能源危机中的战略价值。
（建议用时：90 分钟）
考向
01
核反应方程与能量计算
1．（2026·内蒙古呼和浩特·一模）2025 年，我国新一代人造太阳“EAST”装置实现1 亿摄氏度下持续燃烧
时间突破1000 秒。该装置中的核反应方程为
。关于上述反应，下列说法正确的是（
）
A．是原子核的裂变反应
B．反应前后的质量守恒
C．反应前后的电荷数守恒
D．该反应过程吸收能量
2．（2026·浙江衢州·二模）2025 年5 月10 日，全球能源领域迎来历史性时刻——中国自主研发的新一代
“人造太阳”装置“中国环流三号”在四川成都实现重大突破，首次实现原子核温度1.17 亿度、电子温度
1.6 亿度的高参数等离子体运行，并同步完成电力输出。这一成就标志着人类首次在实验室环境下实现可
控核聚变从科学原理到工程应用的跨越，为全球能源格局带来颠覆性变革。下列说法正确的是（ ）
A．
为“核聚变”的核反应方程式
B．核反应
属于
衰变
C．目前世界上主流的核电站都利用了“核聚变”的原理
D．在核反应
中，钡核的比结合能比铀核的比结合能大
3．（2026·天津河西·一模）2025 年10 月，我国紧凑型聚变能实验装置（BEST）主机首个关键部件——杜
瓦底座研制成功并顺利完成交付。该装置发生的核反应方程为
，下列说法正确
的是（ ）
A．该核反应需要在高温下进行
B．该核反应为
衰变
C．
的中子数为3
D．
的比结合能比
的比结合能小
4．（2026·北京延庆·一模）2026 年1 月2 日，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所科研团
队宣布，我国重大科学工程有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）实验证实托卡
马克密度自由区的存在，找到突破密度极限的方法，为磁约束核聚变装置高密度运行提供重要的物理依据。
其中我国“人造太阳”主要是将氢的同位素氘或氚的核聚变反应释放的能量用来发电，有一种核聚变反应
的方程为
。已知氘核的质量为
，比结合能为E，中子的质量为
，反应中释放的核能
为
，光速为c，下列说法正确的是（ ）
A．反应产物x 为
B．x 核的质量为
C．x 的比结合能为
D．提升等离子体的密度，在常温常压下也能发生聚变反应
5．（2026·河北保定·一模）2025 年6 月26 日，中国科学院主导的国际合作空间科学卫星“天关”成功捕
捉到编号为EP240414a 的一个转瞬即逝的宇宙X 射线信号。X 射线是原子核外电子跃迁产生的，下列说法
正确的是（ ）
A．核反应
是α 衰变
B．γ 射线和X 射线都是电磁波，但它们的产生机理不同
C．β 射线是高速电子流，其穿透能力比α 射线弱
D．在云室中，能清晰看到α、β、γ 射线的径迹
6．（2026·山东青岛·一模）新一代人造太阳“中国环流三号”首次达到离子温度1.17 亿度、电子温度1.6
亿度。环流三号的目标反应是氘-氚聚变，其反应方程为：
，下列说法正确的是
（ ）
A．反应产物中的X 为质子
B．反应产物中的X 为电子
C．温度足够高，可使氘和氚的间距达到
m 以内，从而发生聚变
D．温度足够高，可使氘和氚的间距达到
m 以内，从而发生聚变
7．我国正助力打造国家百亿级核能产业集聚战略高地。核能是通过核反应从原子核里释放出的能量，如
核反应方程为
，已知
核的比结合能为
核的比结合能为
，释放的核能为
，
则下列说法中正确的是（ ）
A．该反应为核聚变反应，比结合能
大于
B．该核反应生成物的质量等于反应物的质量
C．该反应中
核的比结合能为
D．
核中有4 个质子2 个中子，
核与
核是互为同位素
8．（2026·广东佛山·二模）2025 年3 月，我国“中国环流三号”首次实现“双亿度”突破，为未来可控核
聚变能源提供关键技术支撑。已知某核反应中，一个氘核和一个氚核结合生成一个氦核并放出一个粒子
X，同时释放约17.6MeV 的能量，关于该核反应说法正确的是（ ）
A．核聚变反应中，轻核结合成重核时会释放能量，其本质是质量亏损转化为能量
B．装置中发生的核聚变反应方程为
C．核聚变需要极高的温度，是为克服核子间的万有引力
D．核聚变过程中，生成氦核的比结合能比反应前氘核或氚核的更小
9．（2026·江苏南通·二模）氘被称为“未来的天然燃料”，应用聚变反应
可获取氘，其中
是该反应过程中释放的能量。下列说法正确的是（ ）
A．X 是电子
B．氘核的结合能为
C．质子和X 由于电场力而结合生成氘
D．若将氘核分解为质子和X，则该过程释放的能量也是
10．（2026·山西大同·一模）2025 年10 月1 日，我国紧凑型聚变能实验装置（BSET）主机首个关键部件
——杜瓦底座成功落位安装，标志着项目主体工程建设步入新阶段，预计在2030 年前后实现世界首次聚
变能发电。核聚变反应为氘核
和氚核
在高温高压下聚变生成氦核
和一个未知粒子，并释放巨大
能量。已知氘核
的质量为
，氚核
的质量为
，氦核
的质量为
，未知粒子的质量为
。下
列说法正确的是（ ）
A．氘原子和氚原子互为同位素，它们的化学性质不同
B．氦核
的比结合能大于氚核
的比结合能
C．聚变生成物中的未知粒子是质子
D．反应物和生成物的质量关系是
11．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）新一代人造太阳“中国环流三号”实现100 万安培等离子体电流下的
高约束模式运行，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。“中国环流三
号”发生核聚变时的核反应方程为
，光速
，则下列说法正确的是
（ ）
A．新核X 为
B．因为核聚变释放能量，根据
可知核聚变后的总质量数减少
C．高温能使所有的原子核克服核力而聚变
D．一个
和一个
聚变时，质量亏损约为3.13×10-29kg
考向
02
磁约束原理与带电粒子运动
12．（2025·河北·模拟预测）（多选）2025 年3 月28 日，记者从中核集团获悉，新一代人造太阳“中国环
流三号”首次实现原子核和电子温度均突破一亿度，中国可控核聚变技术取得重大进展。在地球上，要实
现可控核聚变，要利用磁场约束来实现。如图为四种电磁场模型的示意图，四种模型中磁感应强度大小均
为
。图甲为速度选择器，两板间电压为
，上极板带正电，板间距为
；图乙为电磁流量计，圆形截面
的半径为，稳定时最上方和最下方之间的电压为
；图丙为磁流体发电机，两极板间距离为
，离子进
入两板间的速率为；图丁中的霍尔元件为长方体，载流子为电子，带电荷量为，单位体积内的自由电
子数为
，与磁场方向平行的棱长为
，与磁场方向垂直的截面为正方形，正方形的边长为
。带电粒子
的重力不计，下列说法正确的是（ ）
A．图甲中正电荷做匀速直线运动的速度大小为
，应从右边进入速度选择器
B．图乙中液体的流量（单位时间内液体流过的体积）为
C．图丙中磁流体发电机两极板间的电压为
D．图丁中霍尔电压为
13．（多选）以“东方超环”（EAST）和“中国环流三号”为代表的托卡马克装置，是我国开展核聚变研
究的重要平台。为便于初步理解环形真空室中等离子体的运动，某物理创新实验小组设计了如图所示的离
子运动与探测简化模型：在
平面内，有半径分别为
和
的同心圆环区域，内圆
为无磁场区，
外圆环
充满垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为
；整个平面还存在沿
轴正方向的
匀强电场，场强大小为
。在外圆边界
上设有离子探测器，可记录从该边界逸出的离子位置。现
有大量比荷为
、速率均为（大小可调）的正离子从坐标原点
沿各个方向均匀射出，不计重力、离子
间相互作用及相对论效应。下列说法正确的是（ ）
A．探测器接收到的离子的速率可能小于
B．若
，离子可能到达外圆环便做匀速直线运动
C．若只存在磁场且
，则探测器将探测不到离子
D．若只存在电场且
，则探测器能在
轴上探测到离子
14．（2024·黑龙江大庆·模拟预测）（多选）近年来，我国可控核聚变研究不断取得突破。东方超环
（EAST）首次实现403 秒的长时间高约束模式运行，国内当前规模最大、参数能力最高的新一代人造太阳
“中国环流三号”实现100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行
纪录，标志我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。托卡马克是一种利用磁约束
来实现受控核聚变的环形容器，如图甲所示，它的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的
时候托卡马克的内部产生的磁场可以把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内。如图乙为该磁约束装
置的简化模型，两个圆心均在O 点，半径分别为R 和3R 的圆，将空间分成区域I 和II，区域I 内无磁场，
区域Ⅱ内有方向垂直于纸面向里、大小为B 的匀强磁场。一群电荷量为+q、质量为m 的粒子在纸面内以不
同速率从区域I 中的O 点沿半径方向射入到环形磁场后，都没有从区域II 的外圆射出，不计粒子相互作用
与粒子重力，
：对于这些粒子，下列说法正确的是（ ）
A．粒子运动的速率不超过
B．粒子从区域I 射入区域II，在区域II 中运动的时间不超过
，就会返回到区域I
C．粒子从区域Ⅱ射出返回区域I，在区域I 中运动的时间不少于
，才会进入区域Ⅱ
D．若粒子运动速率为
，则粒子每运动距离（6π+8）R，轨迹就会重复一次
15．（2024·陕西渭南·二模）（多选）近年来，我国可控核聚变研究不断取得突破。东方超环（EAST）首
次实现403 秒的长时间高约束模式运行，国内当前规模最大、参数能力最高的新一代人造太阳“中国环流
三号”实现100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，标志
我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。托卡马克是一种利用磁约束来实现受控
核聚变的环形容器，如图甲所示，它的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马
克的内部产生的磁场可以把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内。如图乙为该磁约束装置的简化模
型，两个圆心均在O 点，半径分别为R 和3R 的圆，将空间分成区域Ⅰ和Ⅱ，区域Ⅰ内无磁场，区域Ⅱ内
有方向垂直于纸面向里、大小为B 的匀强磁场。一群电荷量为
、质量为m 的粒子在纸面内以不同速率
从区域Ⅰ中的O 点沿半径方向射入到环形磁场后，都没有从区域Ⅱ的外圆射出，不计粒子相互作用与粒子
重力，
。对于这些粒子，下列说法正确的是（ ）
A．粒子运动的速率不超过
B．粒子从区域Ⅰ射入区域Ⅱ，在区域Ⅱ中运动的时间不超过
，就会返回到区域Ⅰ
C．粒子从区域Ⅱ射出返回区域Ⅰ，在区域Ⅰ中运动的时间不少于
，才会进入区域Ⅱ
D．若粒子运动速率为
，则粒子每运动距离
，轨迹就会重复一次
16．（2025·福建龙岩·模拟预测）如图甲所示是托卡马克装置的结构示意图，其主要包括环形真空室、极
向场线圈、环向场线圈等，在环形真空室内注入少量氢的同位素氘和氚，提高温度使其发生聚变反应产生
氦和中子。如图乙所示为环形真空室的示意图，它的轴线半径为r，横截面的圆半径为R，假设环形真空
室内粒子质量为m、电荷量为+q，粒子碰到真空室的室壁立即被吸收。
(1)写出氘和氚核聚变的核反应方程式；
(2)若粒子以
速度沿真空室轴线做匀速圆周运动，求极向场线圈产生磁场的大小；
(3)将装置中相邻环向场线圈简化为两个平行线圈，通电后在真空室内产生磁感应强度为B0的匀强磁场，如
图丙所示。位于两个线圈轴线中点的粒子源O 向右侧各个方向均匀发射速度大小为
的粒子。
① 若某粒子发射时速度方向与x 轴的夹角θ=37°，求该粒子做螺旋线运动的螺距；
② 求粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比η1；
17． 2023 年4 月12 日21 时，在中国合肥运行的“东方超环”成功实现403 秒稳态长脉冲高约束模式等离
子体运行，创造了新的世界纪录。如图1 所示是磁约束核聚变实验装置。图2 为其模拟的磁场分布图，半
径为R 的足够长圆柱形区域内分布水平向右的匀强磁场I，磁感应强度大小为B，圆柱形磁场区域外侧分布
有方向与磁场Ⅰ垂直的环形磁场Ⅱ，其磁感应强度大小也为B，且处处相等；图3 和图4 分别为其模拟的
横截面与纵截面磁场分布图。从图3 看，某时刻速度
的氘原子核（已知氘原子核质量为m，电荷量
为q）从水平磁场Ⅰ最低点竖直向下射入磁场Ⅱ。不计粒子的重力和空气阻力，不考虑相对论效应。
（1）要使氘核不射出磁场Ⅱ边界，求磁场Ⅱ的最小厚度L；
（2）求氘核从出发时到第三次从磁场Ⅱ返回磁场Ⅰ边界的过程中，该氘核运动的平均速度大小；
（3）磁场Ⅱ实际上是不均匀的，设磁场沿径向可看成间距为d（d 很小且未知）的许多条形匀强磁场紧密
排布，且自内向外的磁感应强度大小为
、
、
、…、
（k 为已知常数），仍要保证氘核不射
出磁场Ⅱ边界，求磁场Ⅱ的最小厚度
。
考向
03
能源效率与可持续发展
18．（多选）请根据所学物理知识，判断下列说法中正确的是（ ）
A．核能发电对环境的污染比火力发电要小
B．核能发电对环境的污染比火力发电要大
C．都只利用核裂变释放大量的原子能
D．既有核裂变，又有核聚变释放大量的原子能
19．（多选）《楚辞》中用“暾将出兮东方，照吾槛兮扶桑”描绘太阳初升后的景象。近代物理学研究表
明，太阳是一个巨大的“核能火球”，太阳上剧烈的核反应所产生的能量主要以电磁波的形式向外辐射。
下列说法正确的是（ ）
A．太阳能来自于核裂变
B．太阳能属于可再生能源
C．太阳光本质上是电磁波
D．太阳光在真空中传播的速度约为
m/s
