受控热核聚变研究及其在我国HT-7超导托卡马克上的最新进展

受控热核聚变研究在发展了50年后，在2003年进入了一个新的阶段，国际热核聚变实验堆项目将最后选址开工。科学工作者们希望这个在新世纪初开始的项目能成为彻底解决能源问题的发端，中国科学院等离子体物理研究所最近在受控热核聚变科研上取得了长足进展，朝着稳态高温等离子体的方向又跨出了坚实的一步．其HT-7超导托卡马克高温等离子体的持续时间达到63．95s，成为目前世界上能开展分钟级高温等离子体放电的仅有的两个超导托卡马克装置之一。文章主要介绍了中国科学院等离子体物理研究所最新的聚变实验研究进展。     

等离子体与聚变物理的新进展

受控热核聚变是有长远意义的大型综合性的研究课题,其最终目标是获取轻核聚变释放的能量,从而根本解决能源问题.受控热核聚变是在高温等离子体状态下进行的,热核等离子体物理是当前等离子体物理的主要研究领域.现阶段聚变研究的中心任务,是掌握高温等离子体的规律.以寻求实现热核点火的方案.目前主要通过两种不同的途径进行探索:一种是磁约束方法,这是主要途径,其中最重要的是托卡马克型装置;另一种是惯性约束方法,利用激光或高能粒子束实现聚变.等离子体物理的另一个重要研究领域是空间及天体等离子体物理. 一、新型托卡马克与通向点火之路…     

今日国外物理

 1 法国学者预言2050年建成受控核聚变核电站据法国《发展论坛报》报道,法国原子能委员会热核聚变研究领导人罗·德洛什预言,从2050年起,受控热核聚变将被制服.他认为,从1991年11月9日17时21分人类首次实现聚变实验到在核电站上采用,可能要花50年时间.而地球各种能源的储量为1万亿吨石油当量,只能够用140年。人们必须在核电站、增殖反应堆、热核聚变三方面想办法.若人类在2050年建成受控核聚变核电站,为3000年生产取之不尽、用之不竭的“人造太阳能”将成为现实.     

基于LIBS技术的托卡马克装置壁表面成分在线诊断研究

托卡马克装置是环形的等离子体约束系统，被认为是最有可能实现受控热核聚变的方式.等离子体与壁材料相互作用(Plasma wall interaction, PWI)过程所产生的杂质会严重威胁托卡马克装置的高参量稳态运行，因而发展有效的壁杂质监测方法十分关键.激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术被视为极具潜力的壁表面元素分析技术，相关研究有助于PWI各种物理过程和机理的深入理解，以及发展PWI的控制方法.本文对国内外LIBS壁诊断相关研究现状进行评述，并阐述LIBS壁诊断技术的发展趋势和亟待解决的关键问题.     

今日国外物理

 1 欧洲14国首次进行受控核聚变实验据日本NHK新闻报道,由欧洲14国科学家组成的科研小组,于去年11月9日在英国牛津郡卡勒姆的联合欧洲核聚变实验环形装置(JET)中,将0.2克氘与1.2克氘放入高压真空容器内,加热到摄氏3亿度,使核聚变温度超过太阳中心温度20倍,持续时间只有两分钟,成功地实现了重氢(氘)与氚的受控核聚变反应试验,能在1秒钟内产生100万瓦特的电能.科学家们在重达3500吨JET聚变实验装置里,首次增加了氚,其含量占混合燃料的14%;若氚与氘比例达到1:1,所产生能量的效率将会更高.     

国际热核聚变实验堆(ITER)计划

聚变能目前是认识到的可以最终解决人类能源和环境问题的最重要的途径之一，经过许多科学工作者半个多世纪的努力，磁约束聚变研究取得了重大的进展，集成当今国际受控磁约束核聚变研究的主要科学和技术成果，合作建立与未来实用聚变堆规模相比拟的受控热核聚变实验堆ITER(international thermonuclear experimental reactor)，成为国际上大家的共识，文章就ITER及相关的情况进行一些介绍。     

HL—1M等离子体q（r）分布的初步测量

输运过程和各种不稳定性的物理机制的研究是受控热核聚变的重要课题之一。理论模型建立在假定这些过程与等离子体电流密度分布或q(r)分布相联系的基础上,然而这却是最难测量的等离子体参数之一。目前,有一些技术用于q(r)分布的测量,例如塞曼效应、法拉第旋转、非相干散射光的谱线调制、运动斯塔克效应以及磁化粒子的直接观察等。如果要运用这些技术获得更进一步的数据,就必须使用更加专门的诊断。要在HL－1M装置上进行这样的诊断目前还有一些困难。     

Be与CuCrZr热等静压扩散连接技术

铍具有与等离子体良好的适应性，Be护甲与Cu合：金热沉积层采用热等静压（HIP）或钎焊技术制备的连接件在热核聚变反应堆（ITER）的设计中被作为屏蔽包层第一壁及通道限幅器等面向等离子体元件的主要组成部分。因此，Be／Cu合金的连接技术研究是受控核聚变工程技术基础中一个非常重要的课题。     

图片新闻

在2006年度的中国环流器二号A实验中，我院再创佳绩，装置等离子体电子温度“跃升”到5500万度，朝聚变装置“点火”所需的上亿度高温迈进了一大步，成为迄今我国磁约束核聚变装置达到的最高等离子体温度，标志着我国磁约束核聚变研究再上新台阶。     

日本热核研究突破

 日本文部科学省热核科学研究所2月19日宣布,该所研究人员6日用大型螺旋装置把离子温度为8100万度的等离子体在磁场中成功封闭0.5秒钟,从而向在地球上实现热核聚变大大前进了一步。大型螺旋装置是一种使用螺旋超导线圈产生磁场的装置,该研究所的螺旋装置目前是世界上最大的。热核科学研究所实验推进总部部长松冈启介说,要在地球实现热核聚变,必须具备4个条件:离子温度1亿度、电子温度1亿度、电子密度每立方厘米100万亿个、封闭时间为1秒钟。     

HL-2A托卡马克实验进展和科学创新

中国环流器二号A(HL-2A)托卡马克是中国第一个带偏滤器的大型受控核聚变研究装置.文章综述了在HL-2A托卡马克装置上的重要实验结果.自从HL-2A装置建成以来,有以下3个重要进展:实现了等离子体偏滤器位形放电;等离子体电子温度达到5500万度;实现了具有边缘局域模的高约束(H模)放电.随着HL-2A装置辅助加热能力和先进等离子体诊断等系统的发展,该装置在聚变等离子体物理的若干领域做出了以下创新性的贡献:实验验证了对聚变等离子体输运有重要影响的带状流的三维结构;进一步发展了原创的分子束加料技术,并且成功地应用于等离子体输运研究;用低频调制的电子回旋共振加热(ECRH)对撕裂模进行了有效的抑制,并使约束得到改善;观测到高能电子激发的内部扭曲模和阿尔芬模等新的物理现象.文章还简要介绍了该装置的发展计划及近期要开展的物理实验研究内容.     

在Z装置上的热核聚变

20 0 3年 4月 ,在美国费城召开的美国物理学会的会议上 ,新墨西哥洲Sandia国家实验室的R .Leeper博士宣布 ,他们已经在Z装置上第一次产生了高温高密度等离子体 ,并生成了与热核聚变相关的中子 .Z装置的直径约为一个足球场的三分之一大小 ,其中心靶位处安置有BB型的氘盒 ,热核反应所发射的中子就由此产生 .与托卡马克装置要用强磁场约束来产生高温等离子体不同 ,Z装置只要在靶心附近在确定的时间内将激光束聚焦来产生强大的电脉冲 (约为 12× 10 6 J) .由这个脉冲生成的强磁场将把 36 0条钨丝挤压入海绵状的柱体内 ,并产生出能撞击埋置在…     

HL—2A装置先进加料系统

氢及其同位素固态小球的高速注入－弹丸加料是近十几年来受控核聚变研究中发展起来的一项新技术。它是将氢及其同位素（氘、氚）冷却成毫米量级固态小球,然后以高速注入到核聚变等离子体中实现燃料在等离子体芯部区域的有效沉积,以达到加料和密度控制的目的。现阶段该技术已广泛用于核聚变物理实验研究,主要研究内容包括粒子燃料机制、输运过程及改善约束的研究,同时也作为主动探针用于研究核聚变过程的其它特征。在将来的核反应堆中,由于涉及到氚的运行,先进的加热技术是燃料循环控制的主要手段。在维持高效率加料、高密度稳态燃烧的同时要保持良好的约束必须有能胜任此目标的技术支持,因此加料技术的发展与加料物理实验的研究不仅在现代磁约束核聚变实验研究中而且在将来的聚变核反应堆运行中都占有重要地位。     

空间相干的同步辐射X射线桌面源

每次新一代X射线装置的出现都会开辟新的科学前沿领域,比如第一批X射线照片和DNA结构的测定等.如今最高级的X射线源能够产生能量高于千电子伏的相干的高亮度X射线.预示着在纳米与飞秒量级上对复杂系统成像的一场新的变革.尽管需求很迫切,但是世界上只有少数几台专用的同步辐射装置.造成这种情况的部分原因是由于利用常规(加速器)技     

氢分子团簇的研究进展及其应用简

氢分子是宇宙中结构最简单、数量最多的分子,氢分子团簇是分子团簇结构和动力学的研究原型.同时,氢作为激光核聚变和托克马克受控热核聚变的原料,氢分子团簇对聚变的效率有很大的影响.本文介绍了氢分子团簇在基础研究、超流体研究、托克马克研究和激光核聚变研究中的研究意义、研究内容和研究现状.     

高速数据采集系统在脉冲放电实验中的应用

一、GBH-1型受控实验装置及 其数据采集系统 我们研制成功一台以TRS-80微处理机为主机的高速数据采集系统,并将它用于GBH-1型快脉冲放电实验装置,收到了较好的效果. GBH-1型快脉冲放电实验装置,用于等离子体物理和受控热核聚变研究工作.该装置采用电容器组快脉冲放电方式来产生、加热和约束高温等离子体.主电容器组放电四分之一周期是8微秒,最高放电电压是20万伏,峰值放电电流是几百万安培,主触发系统的触发电压是7万伏,触发脉冲上升前沿为50毫微秒. 我们为GBH-1实验装置设计的数据采集系统,正是在这种强干扰环境中使用的,以采集GBH…     

电子回旋共振微波等离子体及其在材料科学中的应用

 低气压、低温放电方面的一个重要的最新进展是电子回旋共振(ECR)放电。这种技术首先是在核聚变研究中发展起来的。最初,它被用于磁镜实验装置产生和加热等离子体,后来,又被发展成为托卡马克、串级磁镜等聚变装置实验中进行等离子体加热的主要手段之一,即电子回旋共振加热(ECRH)。目前,这一高技术已被移植到各种低温等离子体应用之中,显示了蓬勃的生命力。电子回旋共振微波等离子体是指:当输入的微波频率ω等于电子回旋共振频率ωce时,微波能量可以共振耦合给电子,获得能量的电子电离中性气体,产生放电。电子回旋频率为ωce=eB/m,e和m为电子电荷及其质量,B是磁场强度。     

核聚变研究的发展历史

当代物理学重要前沿领域之一的受控核聚变研究近年来取得了重要进展.预计今后几年内能够从实验上证明其科学可行性并实现热核点火,这将会在科学史上写下光辉的一页. 早在 1919年,阿斯顿(F.W.Aston)在实验中发现[1]氦-4的质量比组成氦的 4个氢原子的质量之和大约小l%左右.根据爱因斯坦质能关系,其质量差恰好等于四个氢原子核聚合成一个氦-4时释放的能量.卢瑟福也几乎在同一时期证明了足够大能量的轻原子核相互碰撞可以发生核反应.天体物理学家也提出设想:太阳这样的恒星其能量来源于原子核的聚变反应.1920年,英国天体物理学家爱丁顿(Eddi-n…     

纪念H.P.Furth教授--回忆中美核聚变交流第一页

20 0 2年 2月 2 1日 ,美国普林斯顿等离子物理实验室 (ＰＰＰＬ)公告 :美国核聚变事业的巨星 ,ＴＦＴＲ项目 (环形聚变实验反应堆 )的开创人 ,ＰＰＰＬ的前所长Ｆｕｒｔｈ教授 ,因病逝世 .这是国际核聚变界的重大损失 .中国核聚变界也失去了一个亲切的良师益友 .2 4年前 (1978年 ) ,在“文革”封闭多年后 ,我参加了中国核物理和核聚变代表团访美 ,第一次认识了Ｆｕｒｔｈ教授 .2 0世纪 70年代是世界核聚变研究的关键年代 ,而ＰＰＰＬ是国际科技界注意的焦点 ,当然也是我们代表团考察的主要目标 .背景是 :世界各国在核聚变投入巨资 ,但几十年…     

HL—1M托卡马克等离子体Hα观测

等离子体参烽的提高及约束改善是受控核聚变主要的研究课题之一。对于工作气体为氢和氘的等离子体,对Hα／Dα辐射的观测十分重要。氢原子由一个原子核和一个电子,在可见光范围,巴尔末线系Hα656．28nm辐射是最强的光,激发能E＝12．09eV,跃迁2p·^2p0-3d·^2D,一个光子能量hv=3.03×10^-19W。电离能E∞=13.6eV。HL－1等离子体参数为R＝102cm,α＝17-26cm,电子温度Te=0.3-1.5keV,电子密度ne-10^19m^-3,可认为光性薄,采用日冕模型,经钨带灯标定,Hα辐射强度可写为：