世界首个托卡马克诞生地——俄罗斯的聚变研究之路

俄罗斯是热核聚变研究资历最深的国家之一,也是世界首个托卡马克装置的诞生地。从最初的几十年占据世界受控热核聚变研究最先进的位置,到受经济衰退影响萎靡不振,再到21世纪后重振旗鼓,积极通过国际合作振兴本国核聚变研究事业,俄罗斯的所有努力都为推动世界核聚变事业贡献了力量。介绍了俄罗斯核聚变研究的发展历史、主要研究机构、主要装置沿革以及突出成果,分析了俄罗斯从最早开始核聚变研究至今各种变化的政治和经济原因以及经费投入,并简要阐述了俄罗斯未来的核聚变战略规划。     

超导在受控核聚变能磁体工程研究中的应用概述

简要地叙述了受控核聚变反应的基本原理和实现受控核聚变反应的托卡马克装置。介绍了利用低温超导铠装式电缆导体(Cable-in-Conduit Conductor,CICC)在核聚变中的优点和存在的问题。探讨了可能用的高温超导聚变磁体面临的一些技术难题。     

托卡马克边界局域模的初步模拟研究

磁约束核聚变是解决能源危机的最佳方法,托卡马克已经成为受控热核聚变最有可能成功的装置。高约束模式(H模)下自发产生的边界局域模(ELM)在爆发时携带的大量粒子和能量会对装置的第一壁材料造成很大的损坏。因此,本文在分析H模及ELM的基本物理图像和特征基础上,利用BOUT++模拟程序对ELM进行了初步分析,结果发现,抗磁效应能很好地抑制ELM不稳定性的增长率。     

今日核能(五)——受控核聚变

据《中国科技报》报道,我国最大的受控核聚变实验装置——中国环流器一号启动成功,是1985年全国科技"十大成就"之一.1985年,笔者有幸同全国各大报记者团一起来到四川乐山,实地参观了中国环流器一号启动.在一个宽敞明净的实验大厅里,耸立着一座圆型的"庞然大物",那就是我国最大的受控核聚变装置——中国环流器一号,也称"托卡马克"装置.据介绍,这个装置属准稳态环形热核反应装置.其主要参数是:大环半径109公分,等离子体半径为20公分,最大等离子电流为4000千安,纵向磁场强度为5万高斯.中国环流器一号第一期欧姆加热试验等离子体为10~14/cm~2,等离子温度1000万度,约束时间为60毫秒;第二期试验等离子温度上升为3000万度,约束时间为70毫秒.我国最大的受控核聚变实验装置建成启动后,引起了国内外科技界的关注.     

受控热核聚变研究现状

1991年11月13日,欧洲受控热核聚变装置“托卡马克”取得令世界科学界瞩目的重大进展,实现了能量约束时间2秒,反应持续1分钟的可控热核聚变反应。这是这项长达近40年的试验、研究进程中,向实用开发阶段突破的一个重要里程碑,也是1991年世界科技领域中的头等重大事件。虽然最后实现商用可能还要几十年时间,但人类毕竟又向这一取之不尽的清洁能源领域迈进了一大步。这里谨向读者推荐这篇介绍受控热核聚变研究现状的综述文章。     

我国“人造太阳”达到1亿度!

<正>2018年10月,中科院等离子所宣布,安设在合肥的全超导托卡马克核聚变实验装置"东方超环"(EAST)在当年度实验中,等离子体中心电子温度达到1亿度(108K)。东方超环是我国自主设计的第四代核聚变实验装置,也是世界上第一座全超导托卡马克,在2017年曾创下高约束模等离子体运行101.2秒的世界     

中国基础科学领域的大型实验

正北京正负电子对撞机北京正负电子对撞机是我国的第一台高能加速器,1984年开工建造,1988首次实现了正负电子对撞。1992年τ轻子质量测量的精确结果,纠正了过去τ轻子质量约7MeV实验偏差,并把精度提高了10倍。2004年1月,北京正负电子对撞机进行重大改造工程启动,采用国际先进的双环对撞技术,将对撞性能量大幅提高。可控核聚变实验装置2009年,世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置首轮物理放电实验取得成功,标志着我国站在了世界核聚变研究的前端。全超导托卡马克核聚变实验装置装置,其运行     

殊途"难"归

目前,托卡马克类型的磁约束核聚变研究领先于其他途径,各主要发达国家纷纷投入巨资建造了大型的托卡马克装置,以期造出个"太阳"来.     

超导托卡马克KSTAR中的离散阿尔芬本征模

超导托卡马克更容易实现高参数稳态运行,逐渐成为磁约束核聚变反应装置的发展趋势。αTAE(α-induced toroidal Alfvén eigenmode)是一种由α(α是一种压强梯度标度)诱导的阿尔芬本征模,容易被高能量粒子激发为不稳定模式,影响托卡马克的稳态运行。在研究的参数条件下模拟发现KSTAR超导托卡马克中αTAE在小半径方向上分布很广,不同的安全因子q位形下KSTAR托卡马克中的αTAE分布的情况也不同,最后探讨了αTAE被高能量粒子激发为不稳定模式的情况。     

中国"太阳"冉冉升起

在我国,核工业西南物理研究院和中科院等离子体研究所是进行磁约束核聚变研究的两大重镇.前者进行的是常规托卡马克研究,后者主要是超导托卡马克研究. 20世纪80年代,西南物理研究院建成了托卡马克装置--中国环流器1号.2002年12月,又建成了中国环流器2A,它属于国家大科学工程.     

世界首台全超导核聚变实验装置在合肥首轮实验成功——我国聚变研究向前迈出一大步

我国自行设计、研制的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置，9月28日在此间进行的首轮物理放电实验过程中，成功获得电流超过200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。这标志着世界上新一代超导托卡马克核聚变实验装置已经正式投入运行，我国聚变研究向前迈出一大步。     

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     

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。     

科普中国

<正>中国"人造太阳"再创世界纪录被称作中国"人造太阳"的国家大科学装置——全超导托卡马克(EAST)东方超环再传捷报:7月3日晚,该装置实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。东方超环高11米、直径8米、重达400吨,是我国第四代核聚变实验装置。它的科学目标是让海水中大量存在的氘和氚在高温条件下,像太阳一样发生核聚变,为人类提供源源不断的清洁能源。     

我市将首次利用“垃圾发电”

8月15日前后，俗称“人造太阳”的全超导托卡马克EAST核聚变实验装置将在合肥科学岛上进行首次等离子体放电实验。这意味着这一装置进入正式运行阶段。     

俄罗斯：隐身衣

目前，由中科院等离子体物理研究所设计制造的EAST全超导非圆截面托卡马克实验装置大部件已安装完毕，进入抽真空降温试验阶段。EAST全超导托卡马克实验装置以探索无限而清洁的核聚变能源为目标，将于2006年3、4月在合肥建成。这个装置也被通称为“人造太阳”，能够像太阳一样给人类提供无限清洁的能源。     

漫议“人造太阳”

小玲玲:听说科学家们正在建造“人造太阳”,请问什么叫做“人造太阳”?老博士:“人造太阳”实际上是一个全超导核聚变实验装置,由于它模拟太阳产生能量的方式(靠氘、氚不断发生聚变反应释放能量)而被形容为“人造太阳”。小玲玲:我国有这样的装置吗?老博士:当然有。在安徽合肥科学岛,中科院就建成了世界第一个全超导核聚变实验装置(如右下图),它的专业名字叫“托卡马克”。小玲玲:为什么要造“人造太阳?”老博士:这是因为人类能源消耗在快速增加,我们今天使用的主要化石燃料,再有一百多年就要用尽,而其他能源又难以接替上。“人造太阳”又叫…     

正交各向异性体的机械性能与铜/匝间绝缘复合材料的实验研究

本文是针对核聚变主机(托卡马克装置)的主要部件纵场线圈——铜/匝间绝缘迭层复合材料——的机械性能所作的探讨,为了提供该装置的设计数据,对该材料作了实验,并介绍了理论计算,最后将计算结果与实验结果进行比较并作了分析讨论。     

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。     

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.