封面说明

<正>本期出版了"中国磁约束聚变科学技术研究进展"专题.有着"人造太阳"之称的磁约束热核聚变是解决人类未来能源危机的最终途径.中国依托东方超环(EAST)和环流器二号(HL-2A)两个托卡马克装置的实验研究成果和参与国际热核聚变实验堆(ITER)的设计建造经验,全面启动了中国聚变工程实验堆(CFETR)的物理     

EAST全超导托卡马克高约束稳态运行实验研究进展

开发安全、清洁的核聚变能,最终解决人类能源危机是聚变科学与技术研究的终极目标. 21世纪初启动建设的国际热核聚变实验堆(ITER)项目,促使聚变能开发朝商业应用迈进了一大步.具有ITER类似结构的托卡马克(Tokamak)磁约束聚变装置开展的等离子体放电实验,成为了现阶段聚变能开发研究的焦点.中国科学院等离子体物理研究所自主设计、建造的全超导托卡马克EAST,面向未来聚变反应堆关键的工程与物理问题开展了大量的探索研究.其中,在关于聚变反应堆能否经济实用地投入商用发电的高约束稳态运行实验研究方面,取得了一系列重大突破.继2012年实现400 s低约束模长脉冲运行、验证系统长脉冲运行能力之后, 2017年EAST又刷新了高约束模等离子体放电运行时间的世界纪录,成为首个具备100 s量级高约束模准稳态运行能力的托卡马克装置,并且首次触及到了磁约束聚变等离子体中最长的时间尺度——粒子平衡时间.为面向反应堆燃烧等离子体第一壁高热负荷承载,高约束边界局域模抑制以及长时间稳态运行控制的工程与物理问题的开拓研究,提供了国际磁约束聚变界最好的实验平台.现已在EAST上开展了钨铜水冷偏滤器、锂化第一壁、射频波电流驱动、弹丸注入、精确磁面位形控制、边界局域模和高热负荷缓解等一系列相关实验,并取得了重要的研究进展.     

我国磁约束聚变研究进展和展望

我国磁约束聚变近年来在工程技术发展和物理研究方面都取得了一些重要进展,一些研究已与未来聚变反应堆所涉及的重大前沿课题密切相关。随着HL-2A装置的不断完善和国际上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST的投入运行,以及中国加入国际热核实验反应堆计划,为中国聚变事业带来了前所未有的发展机遇。     

磁约束核聚变国际发展态势分析

核聚变能被视为人类可持续发展最理想的未来能源,受控核聚变研究的最终目标是实现聚变能的商业化应用。主要发达国家纷纷制定了聚变能研究战略,探索和发展能直接用于商用聚变堆的各种新技术和新概念,以加快这一进程。经过半个多世纪的不懈努力,世界各国已在磁约束核聚变理论方法、关键技术和实验装置上取得了突破性进展。该文主要从国际相关战略规划、ITER计划现状、理论与实验工艺上的研究进展及关键前沿技术等几个方面对磁约束核聚变国际发展态势进行分析,从文献计量角度揭示出核聚变领域的主要国家、机构和科研人员特征,并提出了中国核聚变未来发展的对策建议。     

磁约束聚变能源的发展机遇与挑战

磁约束聚变能源具有安全、经济和环境友好的优点，是未来理想的战略能源，可为“双碳”目标的实现做出重大贡献。磁约束聚变是利用磁场将氘和氚燃料以等离子体的形式约束并发生聚变反应，被认为有希望彻底解决人类的能源问题，也是中国核能发展的长远目标。当前中国正在积极参加国际热核聚变实验堆（ITER）的建设，支持国内ITER专项的物理和工程技术研究，在吸收和消化ITER经验的基础上，自主设计以获取聚变能源为目标的中国聚变工程试验堆（CFETR）。聚变能源开发难度很大，机遇和挑战并存，需要长期持续攻关。     

文化播报

<正>中国“人造太阳”有新发现2023年1月7日新华社报道，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所核聚变大科学团队在国际学术期刊《科学·进展》上发表了一项重要研究成果。该团队利用有“人造太阳”之称的全超导托卡马克大科学装置（EAST），发现并证明了一种新的高能量约束模式，它对国际热核聚变实验堆和未来聚变堆运行具有重要意义。     

“ITER模拟研究国际研讨会”在北京大学召开

可控聚变能是解决人类能源需求的重要途径，“国际热核试验堆”（ITER-International Thermonuclear Experimental Reactor）研究计划总投资上百亿欧元．中国已将ITER合作列人国家中长期科技发展规划，并将贡献ITER总投资的9％，并同时加强国内的基地建设和人才培养．理论和模拟研究是磁约束和惯性约束核聚变的重要组成部分，也是我国比较薄弱的方面，需要加快发展。     

面向磁约束聚变实验的先进中子发射谱仪诊断的研究

本文评述了EAST和HL－2A托卡马克装置上开展的聚变发射中子谱仪研究的进展．面向等离子体物理研究和ITER装置中子诊断技术发展的最新需求,针对EAST和HL-2A托卡马克装置的低中子产额（10^9-10^11s^-1）场,设计和发展了全数字化的液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪．进行了EAST和HL-2A放电实验聚变中子产额随时间演化规律的研究,开展了HL-2A装置上NBI辅助加热效果的评估和EAST聚变等离子体锯齿震荡的中子通量诊断．使用液体闪烁谱仪和芪晶体中子谱仪测量实现了EAST放电的芯部聚变离子温度诊断,首次将托卡马克装置实验中子能谱直接诊断离子温度的下限推到1keV以下．在EAST装置上建设的双环式球形阵列中子飞行时间谱仪将为托卡马克装置辅助加热和快离子物理研究打下坚实的基础．     

聚变反应堆条件下等离子体中阿尔芬本征模的分析

通过对托卡马克装置的研究,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供了理论和工程技术。本文基于当前主要的托卡马克,运用磁流体力学数值模拟程序和动理学混合模拟程序,探究了不同类型托卡马克装置上的离散型阿尔芬本征模,以及在高能量粒子条件下离散阿尔芬本征模的不稳定性特征,为中国聚变工程试验堆和国际热核聚变反应堆提供理论参考。模拟发现在三类托卡马克装置上,较宽的运行范围内,都存在离散阿尔芬本征模,且这种本征模易受高能量粒子激发成不稳定模式。离散阿尔芬本征模的不稳定性潜在影响未来聚变反应堆的稳态运行。     

聚变-裂变混合堆展望

简述了核裂变、核聚变研究的进展,以及国际热核实验堆（ITER）和我国863计划中聚变-裂变混合堆的研究现状,探讨了我国发展混合堆的迫切性与可行性。     

CFETR物理与工程研究进展

磁约束聚变是利用磁场将氘和氚燃料以等离子体的形式约束并发生聚变反应,被认为有希望彻底解决人类的能源问题.中国聚变工程试验堆(CFETR)是中国磁约束聚变发展路线图规划的下一个托卡马克聚变装置,其运行将分为两个阶段:第一阶段实现200 MW聚变功率、氚自持的稳态运行;第二阶段实现1000 MW聚变功率并示范聚变电能输出. CFETR将着力解决ITER与DEMO之间存在的物理与工程技术难题,包括实现氘氚聚变稳态运行、公斤级氚的增殖与循环自持、能长时间承受高热负荷与强中子辐照的材料技术等,为我国2050年前后独立自主建设聚变电站奠定坚实的基础.     

中国环流器二号A(HL-2A)实验进展

中国环流器二号A(HL-2A)装置经过最近2年的改进和提高,电子回旋加热功率达到2MW,增加了液氮温度分子束加料系统,三台阶带状流探针阵列、微波反射仪和汤姆逊散射等诊断系统等。利用其所具备的条件,在该装置上开展先进托卡马克实验,进行了磁约束聚变科学关键课题的研究;在若干领域,取得了重要物理实验成果,包括首次在托卡马克装置上观测到测地声模带状流的环向对称性和三维结构,创造了电子温度达到5000万度的国内纪录等;在其他领域,比如偏滤器物理、等离子体旋转、高能电子的作用、粒子和能量约束及磁流体不稳定性等方面,积累了丰富的实验数据。该装置的升级与改造工作正在研发之中。     

激光惯性约束核聚变历程回眸

惯性约束核聚变是获取聚变能的一种可能途径,随着更大型激光驱动器的建成,正在探索点火点附近的各种物理过程和实现点火的方式,以期未来可以实现真正的聚变点火,同时大型激光驱动器也推动了高能密度物理研究的发展,实验结果表明,当前惯性约束核聚变研究正处于困难和机遇共存的阶段,本文对惯性约束核聚变以及大型激光驱动器的发展历程进行回顾,并对实验的结果进行简单综述。     

磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学探究

新科技革命的到来,现代工业化生活所耗费的能量大部分来源于不可再生能源,这些能源非常有限,一旦耗尽,世界将会面临一场关于能源短缺的浩劫.近年来我国的磁约束核聚变用于工程技术研究和物力体力学研究方面取得了相当可观的成绩,该技术在很大程度上可以解决能源危机问题.本文详细阐述了磁约束核聚变的相关概念,分析了磁约束聚变与关键能量转换部件装置类别,重点介绍了核聚变反应堆以及磁流体力学实践运用.     

核工业西南物理研究院的“十一五”规划

根据国家核能开发规划，“十一五”期间，西南物理研究院将充分抓住ITER建造期间的良好的国际合作机遇．以“十五”形成的能力和技术为基础，充分抓住国际热核试验堆（ITER）建造期间的良好的国际合作机遇，充分利用中国环流器二号A装置及升级改造后的HL-2M装置。经过“十一五”及其之后的努力，[第一段]     

2006年度安徽省十大科技新闻当选名单

1．国家大科学工程全超导托卡马克实验装置（EAST）成功实现首轮物理放电，标志我国磁约束核聚变研究进入国际领先水平     

国家磁约束核聚变专家委员会第四次会议在我校召开

由科技部基础司主办的国家磁约束核聚变专家委员会第四次会议于2月19日在我校召开．此次会议的主题是研讨高校在我国ITER计划与聚变研发中所承担的人才培养与基础研究等方面的工作．科技部基础司副司长彭以祺，科技部ITER办副主任罗德隆，及科技部基础司与ITER办其他有关领导和专家出席了会议．教育部科技司李渝红处长应科技部邀请出席会议．     

中国磁约束聚变科学技术研究进展专题·编者按

<正>核聚变能安全、清洁、资源丰富.从20世纪60年代中期到70年代,聚变研究在世界主要大国兴起,并先后建造了多种类型的磁约束聚变装置,诸如托卡马克、磁镜、仿星器、箍缩类装置等,在这些装置上对高温等离子体问题开展了大量的研究,在磁约束聚变能科学技术快速发展的同时,极大地推动了等离子体物理学的发展.     

中国ITER计划采购包进展

国际热核聚变实验堆(ITER)计划,是我国以平等、全权伙伴身份参加的迄今为止规模最大的国际科技合作项目.它的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用资源丰富且无污染的聚变能,并从根本上解决未来能源问题.本文简要介绍了中国参与ITER计划的主要背景和总体情况,并概述了中国ITER采购包的执行成果,展示了中国的聚变实力,并为中国聚变工程实验堆(CFETR)奠定了丰富的科学与技术基础.     

ETER超导磁体设计与制备中的若干关键力学问题

超导磁体是目前正在研制和建造中的大型新能源装置即国际热核聚变实验堆（ITER）的核心部件,主要用于约束等离子体在有限环状空间内的流动,其力学研究直接涉及磁体结构安全性以及等离子体的稳定运行时间．我国承担着ITER超导磁体制备的任务包并取得成效,但由于磁体设计和制造涉及材料科学、力学、电磁学等多学科的交叉,同时也涉及超导复合线缆绕制与测试分析等一系列关键性技术问题,目前这一领域的研究不管是国内还是国外尚远未满足越来越多的大型超导科学装置的需求．本文主要介绍了ITER超导磁体从CICC导体的复杂制备到运行过程中所涉及的力学、超导物理等相互耦合作用的基础理论与实验研究方面的国内外现状以及存在的主要问题,其中也简要介绍了兰州大学电磁固体力学研究组在超导电磁系统相关方面的部分研究进展与成果等．