随着社会的进步，人类对能源的需求越来越大，传统的化石能源资源有限，并且使用化石能源资源会带来巨大的环境问题。一升海水中的氘元素蕴含的能量相当于300 L汽油燃烧释放的能量。一个百万千瓦的核聚变电厂，每年只需要600 kg原料，而一个同样规模的火电厂，每年将需要210 万吨燃料煤。因此，可控核聚变是解决能源危机的最终手段之一。

 实验原理

众所周知，核能主要有裂变能和聚变能两种，裂变能是重元素(如铀、钚、钍等）的原子核在分裂成质量较轻的原子核过程中所释放的能量。人类已经掌握了可以控制这个分裂过程的技术，其优点是少量原料就可产生巨大的电能，同时环境污染少且不存在对石化燃料的依赖。缺点为总是存在发生核事故的风险、所产生的核废料有放射性、处置不当会对环境造成污染，同时铀、钚等资源有限。

核聚变是指由质量小的原子核，主要是指氘(D)、氚(T)和氦-3(3 He)等，在一定条件下(如超高温和高压）发生原子核相互聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大能量释放的一种核反应形式。常见的聚变反应有如下4个。

相比核裂变，核聚变有两大优点：

(1) 不会产生长寿命和高放射性的核废料，也不造成温室气体，因此基本不污染环境；

(2) 地球上蕴藏的核聚变能远比核裂变能丰富得多。据估算，每升海水中含有0.03 g氘，所以地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。1 L海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300 L汽油燃烧后释放出的能量。按目前世界能量的消耗率估计，地球上蕴藏的核聚变能可用100亿年以上。因此从原理上讲，核聚变能可以成为人类取之不尽、用之不竭的能源。

蒸发法制备各种不同浓度的重水的原理如下。

重水(又称氘化水，化学式D2O或者2 H2O)是水的一种，它的分子质量比一般水要重。普通的水(H2O)是由两个只有质子的H原子和一个 ¹ 6 O原子所组成的，但重水分子中的两个氢同位素，比一般H原子又各多一个中子，因此造成重水分子的质量比一般水要重。重水在外观上和普通水相似，只是密度略大，为1.1079 g/cm ³ ，冰点略高，为3.82 ℃，沸点为101.42℃。重水参与化学反应的速率比普通水缓慢，重水的一个分子由两个氘原子和一个氧原子组成，其分子式为D2O，相对分子质量是20。

D2O沸点比H2O要高1.42 ℃左右，通过反复精馏可以得到高度富集的重水(图2.1)。

图2.1 蒸馏示意图