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。     

托卡马克高约束运行模式和磁约束受控核聚变

磁约束受控核聚变是最终解决人类能源问题的有希望的途径之一.托卡马克的高约束运行模式可以大大降低下一代磁约束聚变实验装置和将来的聚变示范反应堆的规模和造价.文章简要介绍了托卡马克高约束模式的特征,实现条件及亟待研究解决的科学技术问题,包括触发高约束模式的物理机理,功率阈值与等离子体参数的关系等,以及在高约束运行模式下观察到的边缘局域模的驱动机制、控制或缓解技术等.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域

 有位教授来信言道:有关物理前沿问题,“其它书刊中或有涉及,然皆简而又简,尤缺定量描述,求教于同仁,昏同此感”.其它读者,和者甚众,希望本刊能辟数页之地,系统地介绍诸如受控核聚变、超弦理论、超引力理论、现代K-K理论、弯曲空间量子场论等涉及到物理前沿领域中的一些问题.为此,本刊新辟《物理前沿》栏目,并请中国科技大学副校长、中科院数理学部委员钱临照教授主持.本期发表由朱士尧先生撰写的《受控核聚变》一文,内容翔实,文笔流畅,可谓开篇之大作.全文分八个部分:一、创造人间小太阳;二、核聚变研究的发展历史;三、劳逊判据和热核点火;四、磁约束原理与磁约束装置;五、如何达到聚变点火温度;六、多种形式的等离子体诊断技术;七、令人鼓舞的重要进展和当代聚变研究的前沿课题;八、21世纪的新能源.本刊分六期刊出,请读者注意.     

强相对论性电子束在受控热核聚变研究中的应用

一、引 言1.传统的受控聚变研究途径所面临的困难和 问题 二十多年来,实现受控聚变的传统的研究途径是用强磁场来约束高温等离子体的方法.沿此途径,近年来已取得重大进展.例如,在环形、准稳态的托卡马克(Tokamak)型的装置中,在现有的实验参数的范围内,已大体上解决了宏观的磁流体力学不稳定性问题. 但循此途径还面临着许多困难和问题,主要是: (1)稳定性问题并未彻底解决.这似乎是传统的磁约束途径很难绕过的问题.因为处在各种“磁瓶”中 的高温等离子体很容易激起各种宏观的和微观的不稳定性,所以当温度和密度进一步提高时,特别是引进一些…     

受控核聚变研究的进展和“冷聚变”实验

本文简要介绍了核聚变的基本原理和实现核聚变的必要条件，概述了受控核聚变研究的两个主要途径──磁约束和惯性约束取得的重大进展．此外，还介绍了所谓ｕ介于催化聚变的物理概念，对当前“冷聚变”实验作了评述．     

基于现代加速器的惯性约束聚变物理研究现状及发展

能源与环境是人类社会与经济发展的基础。传统的化石能源与现代的核裂变能源往往造成严重的环境污染,其原料也终将枯竭、难以持续;受控热核聚变能以用之不竭的海水作为原料,环境友好,将是未来彻底解决能源与环境问题的主要希望所在。强激光或重离子束驱动的惯性约束核聚变是实现受控热核聚变的重要途径。当前,美国激光聚变装置已经实现聚变能增益;我国的"神光"系列激光聚变研究采取循序渐进的思路,也已进入攻坚阶段。与此同时,国内外大型重离子加速装置项目相继启动,相关的现代加速器技术飞速发展,以高功率重离子束为驱动源、以现代加速器为先进工具的惯性约束聚变物理研究,条件日益成熟,亟待大力发展和推动。文章主要介绍基于现代加速器的惯性约束聚变物理领域若干前沿课题的研究现状和新进展。     

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.     

先进托卡马克中的相关物理问题研究

传统的托卡马克聚变堆的设计是基于当前的技术和物理知识，是ITER设计的自然外推。这种堆具有大的单元规模、大的投资、脉冲运行和结构材料高度活化，因而在经济上和环境上都不很吸引人。为此人们提出了当前受控核聚变研究的重要课题——先进托卡马克概念研究，其研究目的是利用尚未充分确立的等离子体物理状态来避免传统的托卡马克聚变堆中一些不希望有的特点。本论文分三章对先进托卡马克中的相关物理问题进行了研究。     

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.     

受控热核聚变研究五十年

 受控热核聚变研究至今已有近半个世纪的历史.核物理的发展,使得科学家早在30年代末就已接近于理解恒星内部的热核反应过程.1953年前苏联爆炸成功世界上第一颗氢弹,首次实现了非受控热核聚变.经过各国科学家近50年的共同努力,在磁约束受控聚变途径中,实验装置上获得的等离子体温度已从数电子伏(eV)增加到40千电子伏(keV)以上.     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10^-7帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈（称纵向场线圈）排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.     

核聚变反应堆的探索

一、前 言 研究受控聚变的重要意义,在于可能建成核聚变反应堆,使轻核聚变释放的能量转变为电能加以利用,这为长远解决能源问题提供了一个很有希望的前景.近年来,在受控聚变的理论和实验研究取得进展的基础上,国外对于未来的聚变堆愈来愈多地开展了工程设计工作.1969年和1971年先后召开过两次国际性的聚变堆工艺会议[1,2].1973年也又召开了一次.现在,针对已有的几种主要类型的热核反应实验装置,差不多都提出了相应的聚变堆模型设计(或概念设计),说明聚变堆的设计研究已日益受到重视. 建立受控聚变反应堆有个基本条件,就是要求热核等离子体的…     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10~(-7)帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈(称纵向场线圈)排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.这些分立的环形线圈连接起来形成螺     

核聚变研究的新兴途径──紧凑环

目前看来,核聚变研究最有希望的途径仍然是托卡马克(Tokamak).这是因为托卡马克具有环形约束的磁场形态,做成聚变反应堆,能量倍增系数高.但是,托卡马克也存在着一些严重的缺点,例如 值低,还不能实现稳态运行以及结构复杂庞大,不易接近等.目前从事托卡马克研究的人们,正在努力克服这些缺点,并以极大的兴趣从事其它途径的研究. 开端系统例如磁镜等,具有 值高,容易实现稳态运行,结构简单等优点.但是也存在一个重要的缺点,即等离子体从终端损失,做成反应堆的能量倍增系数仅在1左右.怎样使得一个聚变装置,既有托卡马克环形约束的优点,又有开端约…     

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。     

惯性约束聚变的进展

现阶段受控热核聚变研究的两个主要途径是磁约束聚变与惯性约束聚变.惯性约束聚变目前主要是采用激光驱动的方法,在1987-1988年间取得了突出的进展. 劳仑斯·里弗莫尔国家实验室(LLNL)用NOVA激光器进行的一系列实验中是采用0.35μm的激光,能量为20000J.实验结果,等离子体密度n与约束时间■的乘积n■～5×1014s·cm-3,密度被压缩到液态氖氖密度的100-150倍.这些爆聚实验与假定理想球对称时磁流体模拟的预言一致.这些结果支持了如下的观点:如果以数百万焦耳能量的激光驱动高性能的靶,激光聚变可达到高的能量增益(能量增益超过100). 罗彻斯…     

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。     

托卡马克研究的现状及发展

核聚变能是未来理想的能源。经过半个多世纪的不懈努力,随着国际上一批托卡马克装置成功建设和运行,磁约束聚变研究取得了一系列重大成果,具备了建造和运行反应堆级托卡马克实验装置科学技术和工程建设条件。基于这一共识,世界上一些主要国家共同合作,启动并实施了国际热核聚变实验堆(ITER)计划,希望通过建设和运行ITER,验证和平利用核聚变能的科学技术和工程可行性。中国的托卡马克研究经过近40年的发展取得了很大的进展。未来5年,将建立近堆芯级稳态等离子体实验平台,开展高水平的科学实验;吸收消化、发展与储备聚变工程实验堆关键技术;完善聚变工程实验堆的设计和开展关键部件预研,为在2020年前后独立开展中国聚变工程堆奠定坚实的科学技术基础。     

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。     

我国最大的深低温致冷系统在中国科学院等离子体物理研究所建成

我国最大的深低温致冷系统在中国科学院等离子体物理研究所建成我国最大的液氦液氮深低温致冷系统最近在中国科学院等离子体物理研究所建成并开始试运行。该系统是我国即将建成的受控热核聚变实验研究装置——ＨＴ－７超导托卡马克的附属关键设备。目前，该系统已具备每小...