中国环流器二号A装置物理实验研究进展

本文介绍了中国环流器二号A(HL-2A)装置概况、系统工程以及在磁约束聚变物理研究方面取得的若干重要进展,尤其是在HL-2A装置上成功实现了具有边缘局域模的高约束模式运行,是我国磁约束聚变实验研究史上具有里程碑意义的重大进展.近年来利用该装置可近性好,原创的加料与控制技术以及先进的高时空分辨诊断系统等独特优势,在HL-2A装置上开展了国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)及未来聚变堆等离子体相关的前沿物理问题与关键技术的研究,获得了一批国际磁约束核聚变领域创新科技成果,为ITER的运行与实验以及未来聚变堆的设计提供了重要技术基础与支撑.     

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     

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.     

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.     

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。     

国际磁约束核聚变与等离子体科学新发现

<正>西湖国际磁约束核聚变会议(International Westlake Symposium on Magnetic Fusion)于2016年5月9~11日在浙江举行。此次会议由浙江大学聚变理论与模拟中心主办,获得王宽诚教育基金会的资助,旨在促进国内外理论、模拟及实验领域的合作研究,扩大该中心在国内外同行中影响力和号召力,同时培育我国核聚变领域的青年研究队伍。     

“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。     

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。     

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。     

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.     

冷聚变研究的争论

简要介绍了冷聚变研究的争论,列举最近冷聚变研究的令人信服的实验证据,包括:反常核聚变——Fleischmann-Pons效应的实验;常温下的正常核聚变,热核聚变反应中的反常核产物的实验证据。实验证实:冷聚变是能够真实发生、可信的。     

ICF系统中波导调制器脉冲整形技术

针对波导调制器在激光约束核聚变脉冲整形系统中的应用做了全面的综述 ,在此基础上利用当前国际上通用的制作波导片材料进行了理论和实验研究 .最后分析了激光约束聚变脉冲整形系统对波导调制器的性能要求 ,指出了脉冲整形系统性能的影响因素 .为波导片的实际应用提供了理论和实验依据     

磁惯性约束聚变:通向聚变能源的新途径

磁约束聚变和惯性约束聚变是两种传统的聚变方式,磁约束聚变的能量增益已经达到得失相当,惯性约束聚变近年来也取得了突破性进展.但传统聚变方式的等离子体参数处于两个极端,相差11个量级,且它们的设施庞大,成本高昂,研发周期很长.磁惯性约束聚变兼具两种传统聚变方案的特点,其等离子体参数介于它们之间,同时由于其成本低廉,设施小型化,研发周期相对较短等优势,因此具有潜在的商业价值,近年来成为国际上比较活跃的研究领域.本文将详细介绍磁惯性约束聚变的特点以及该领域的最新进展.     

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。     

核聚变的箍缩效应

从流体力学方程和电磁场理论出发,导出磁流体动力学方程组,从而清晰得出流体核聚变被磁场约束在一定域内的原理,并以太阳演变为“白矮星”过程为例,阐明箍缩效应在热核聚变反应中的作用．介绍四种典型的磁约束装置,其中无线长圆柱形导电体为理想状态,无法实现,JET是目前正在使用中的世界上最大的托卡马克装置,而未来最有发展前景的可能是串列磁镜组成的巨型马克堆．     

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     

聚变能源中氚安全研究进展及展望

氚安全是聚变堆安全的核心内容,对聚变堆从研究走向实现聚变能源有着至关重要的影响,是建设聚变堆前必须回答的问题.本文针对聚变堆中大规模氚应用场景,从氚分布、包容、处理、人类及环境安全等方面综述了当前的研究进展,结合我国磁约束聚变能源发展路线图,提出针对聚变能发展的氚安全发展路线设想,并给出氚安全需重点突破的关键科学问题、技术问题及工程问题建议.     

媒体纵览

正看引擎美国可控核聚变实验取得里程碑意义的突破美国利弗莫尔国家实验室的国家点火装置(National lgnition Facility)利用192束高能激光聚焦到氢燃料球上,创造高温高压以点燃核聚变反应。据报道,在9月末进行的一次聚变实验中,聚变反应释放出的能量超过了氢燃料球吸收的能量——在全世界聚变装置中首次取得了里程碑突破。半个世纪以来,可控核聚变研究经历了无数次的挫折,最新的突破将能进一步推动聚变能量的研究。(来源:看引擎2013年10月8日)     

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.