核聚变磁约束(精选)
《核能和核电原理(磁约束聚变部分)》
托卡马克装置
磁体系统
极向场线圈: 垂直(磁)场 水平(磁)场 快控场线圈
托卡马克装置
磁体系统
校正场线圈 误差（杂散）场来源： 加工和安装误差 引线 不对称构件
托卡马克装置
电源系统
脉冲纵场磁体电源：
电容储能（电能） 电感储能（磁能）
飞轮机组（机械能）
电容储能
电感储能
磁约束聚变研究历史
1985年，苏美首脑建议合作建造国际热核实验堆，即ITER
1989年，德国ASDEX实现H模运转。 1990年，ITER完成概念设计 1991年，欧洲的JET装置用DT反应产生1.7MW聚变功率。 1993年，美国TFTR装置用DT反应产生6.4MW聚变功率，后来又将这一功率提高到 10.7MW。 1997年，JET又创造了DT反应产生16.1MW聚变功率的新记录。
托卡马克装置
真空系统
加料系统
加料系统，指实验装置中工作气体的馈入，在反应堆中指反应物质的馈入。 脉冲送气 最简单的送气，送气部件是压电晶体阀，响应时间为毫秒量级。但中性粒子在 等离子体边缘区就被电离约束，不能对等离子体中心区直接加料。 超声分子束 它使用了一种称为Laval的喷咀。当具有一定压力差的气体从一个小孔喷出时， 在小孔低压侧一定范围内可形成一个超声分子束，其速度可达每秒几百米。 弹丸注入 这是一种能有效进行中心区加料的技术，即向等离子体注入冷冻的氢或氘丸。 气体被冷冻为固态的圆柱体，然后截断成一定长度的弹丸，用压缩气体射入托 卡马克真空室，速度从每秒几百米到几千米。
圆线圈自感
N L 0 N 2 R0 f I
形状因子
托卡马克装置
磁体系统
在一些大的装置中， 环向场线圈往往做成D 形。这也和大装置中的 等离子体截面在垂直方 向拉长相适应。 很强的环向场（一般 大于5 Tesla）可以用超 导线圈提供。超导磁体 是稳态运转的，适于研 究托卡马克的长脉冲运 行和稳态运转。
核聚变的两种方式
核聚变的两种方式朋友！今天咱来唠唠核聚变这神奇的玩意儿，特别是它的两种方式。
你知道不，核聚变就像是宇宙中的超级魔法，能释放出巨大的能量。
那这核聚变的两种方式呢，就像是一对性格各异的双胞胎兄弟。
先说这第一种方式，叫做磁约束核聚变。
这就好比是把一群调皮的小怪兽关在一个超级大笼子里。
这个大笼子呢，其实就是磁场。
通过强大的磁场，把高温高密的等离子体约束在一个特定的空间里，让它们在里面乖乖地发生核聚变反应。
你想想，这等离子体就像一群精力超级旺盛的小家伙，要是没个笼子关着，那还不得到处乱跑啊！咱国家的“人造太阳”就是用的这种方式哦。
这“人造太阳”可厉害啦，要是真的成功了，那以后咱就再也不用担心没电用啦。
再说说第二种方式，惯性约束核聚变。
这就像是给一颗小鞭炮点上火，然后瞬间爆炸产生巨大的能量。
不过这可不是普通的小鞭炮，而是用激光或者粒子束等高强度的能量束，瞬间压缩和加热一个微小的燃料球，让它在极短的时间内发生核聚变反应。
你可以想象一下，这燃料球就像一个小小的能量宝库，被瞬间引爆，释放出惊人的力量。
就好像咱过年放的烟花，“砰”的一下，照亮整个天空。
这两种方式各有各的特点。
磁约束核聚变就像是一个沉稳的大哥，一步一个脚印地朝着目标前进。
虽然过程可能有点漫长，但胜在稳定可靠。
而惯性约束核聚变呢，就像一个勇敢的小弟，敢于冒险，瞬间爆发。
说不定哪天就能给我们带来一个大惊喜呢！那你可能会问啦，这两种方式哪个更好呢？嘿嘿，这可不好说。
就像问你苹果和橘子哪个更好吃一样，各有各的好嘛。
它们都在为了实现人类的能源梦想而努力奋斗着。
总之啊，核聚变的这两种方式都是人类探索未来能源的重要途径。
不管是磁约束还是惯性约束，都有着巨大的潜力。
让我们一起期待着它们能早日为我们带来无尽的清洁能源，让我们的生活变得更加美好吧！。
磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展
参 数 稳 态 等 离 子 体 物 理 问 题 和 托 卡 马克 装 置 及 未 来 反 应 堆关 键 材 料 问 题 。 其 中关 键 材 料 问题 的解 决
在很 大程度上取决于我们对等离子体与壁 材料相互 作用 （ ｌｓ ａＷａｌ ｎｅａｔ ｎ ，Ｐ ） 程和机 理 Ｐａｍ ． ｌＩｔｒｃｉ ｓ ＷＩ过 ｏ
ｔ ｒ ｄ ｃ ｅ ｈｇ — ａ ａ ｔ ｒ ｔａ ｙ ｓ ｔ ｌｓ ． ａ ｄ ｔ ｅ ｏｈ ｒｉ ｈ ｗ ｔ ｈ ｏ ｅ ｔ ｅｋ ｙ ｍａｅ ａｓ ｉ ｏ ａ ａ ｓｗ ｌ ａ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅｔ ｉｈ ｐ ｒ ｍｅｅ ｅ ｄ — ｔ ｅｐ ａ ｍａ ｈ ｓ ａ ｎ ｈ ｔｅ Ｓ ｏ ｏｃ ｏ ｓ ｈ ｅ ｔ ｒ ｌ ｎ Ｔ ｋ ｒ ｋ ａ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ
区域内。因此 ，Ｐ 问题 直接决定了聚变 的装置运行安全性 、壁材料 部件研 发进程和未来壁 的使 用 ＷＩ
寿命 。 弄 清 Ｐ 的各 种 物 理过 程 和机 理 并 施 以 有 效 的 控 制 ，是 未 来 核 聚 变 能 实 现 的 重 要 环 节 之 一 。 ＷＩ
对 Ｐ 国内外研究 现状进 行了详细的总结评述 ，并 阐述 了 Ｐ 的未来发展趋势 和亟待解决 的问题 。 ＷＩ ＷＩ
ｎ ｃ ｓ ａｙ ｗａ ｏ ｓ ｌｅ ｔ ｅｍａｅ ｉｌ ｒ ｂｅ ｅ ｅ ｓ ｒ ｙ ｔ ｏｖ ｈ ｔｒ ｏ ｌｍ． Ｐ Ｉ ｓａｓ ｅ ａ ｄ ｄ ａ ｎ ｆ ｈ ｅ ｓ ｅ ｒｔ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓｏ ｔ ｒ ａｉ ｎ ｌ ａｐ Ｗ ｌｏｒ ｇ ｒ ｅ ｓｏ ｅ ｏ ｅ ｋ ｙ ｉ ｕ ｓｆ ｕ ｃ ｓ ｆ ｎ ｅｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｓ ｏ ｈ Ｉ ｏ
磁约束核聚变
EAST装置是我国自行设计研制的国际 首个全超导非圆截面托卡马克装置
16个大型“D”形超导纵场磁体将产生纵场 强度 B = 3.5 T 12个大型极向场超导磁体可以提供磁通变化 ΔФ ≥ 10 伏秒； 通过极向场超导磁体，将能产生 ≥ 100万安 培的等离子体电流,持续时 间将达到1000秒， 在高功率加热下温度将超过一亿度。 运行需要超大电流、超强磁场、超高温、超 低温、超高真空等极限环境，从芯部上亿度高 温到线圈中零下269度低温
研究方向： 1、托卡马克等离子体磁流体活性研究 2、托卡马克等离子体湍流与输运研究
国内磁约束聚变发展状况
主要机构：中核集团西南物理研究院（SWIP）(HL-1,HL-1M,HL2A) 中科院合肥等离子体物理研究所（ASIPP) ( HT—6B,HT—6M ,HT—7,HT-7U(EAST))
磁约束核聚变
Magnetic Confinement Fusion
关于聚变
两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形 式
D T
4
He + n + 17.6MeV
产生氚的过程：
n + Li T
7
6
4
He + 4 . 9 MeV 7
n + Li n +T+ He -2. MeV 47
国际磁约束聚变发展状况
普林斯顿大学等离子体物理实验室 (美) 布德克（Budker）核物理研究所（BINP） （俄罗斯） 于里希核研究中心（德） 亚原子物理和宇宙学实验室—格勒诺布尔 (CNRS/IN2P3 - UJF - INPG)（法） 加拿大同步辐射研究所（CISR）（加拿大） 京都大学研究堆研究所（KURRI）（日） 巴巴原子能研究中心（印度） 欧洲联营环形托卡马克实验（JET）（英国）
磁约束核聚变堆的工作原理
磁约束核聚变堆的工作原理
磁约束核聚变堆是一种利用磁场约束高温等离子体来进行核聚变反应的装置。
其工作原理可以简单地分为以下几个步骤：
1. 加热和离子化：首先，通过外部放热装置（如激光、离子束或微波）对工作室（磁约束装置的中心空位）中的气体加热，使气体成为等离子体。
等离子体由离子和电子组成，具有高度的热运动能量。
2. 磁约束：在工作室中施加一个强磁场，使得等离子体被限制在一个磁场中运动。
这个磁场通常采用环形状，即托卡马克或托卡马克型装置，以产生恒定的轴向磁场。
这种磁场使得等离子体在工作室中环绕，从而形成一个环状的等离子体。
3. 平衡热压力与磁压力：在等离子体内部，高温和高压力导致的热扩散趋势会使等离子体离开约束磁场。
然而，由于磁场的作用，磁场产生的磁压力可以平衡热压力，从而阻止等离子体扩散。
4. 反应产生：在等离子体中，核聚变反应发生。
在高温和高压力下，氢等离子体中的氢核融合成氦气，释放出巨大的能量。
同时，部分能量也会被输入到等离子体中的自持等离子体热上下导线上。
5. 能量回收：通过引入恒定的燃料流和自持热上下导线，可以从等离子体中回收产生的能量。
这种回收的能量可以用于供应外部放热装置、磁源、援引系统和
其他设备的电力需求，从而实现自给自足的能源系统。
总的来说，磁约束核聚变堆通过磁场约束和高温等离子体中的核聚变反应来产生能量。
这种原理类似于太阳内部的核聚变反应，但阳离子是通过极高的温度和磁场来约束的，使得反应在可控条件下进行。
中国的磁约束核聚变
中国的磁约束核聚变磁约束核聚变是一种新型的、具有高效能的核能源，它的实现可以为人类提供无限的能源供应。
中国是世界上最重视核能研究的国家之一，并且取得了很多成就。
我们在核聚变领域持续进行探索，目前已经进入实验阶段，磁约束核聚变技术是其中之一。
接下来将会介绍磁约束核聚变技术以及我国在这个领域的研究成果。
磁约束核聚变是一种重要的可控核聚变方法，利用高温等离子体和高强度磁场达到核聚变的目的。
在这种方法中，聚变反应的燃料为氘和氚，可控热能会释放，像一个小太阳一样发光并产生大量的能源。
磁约束核聚变主要分为磁约束聚变和惯性约束聚变两种，其中磁约束聚变是最主要的、最被研究的核聚变方法之一。
磁约束核聚变技术实现需要一个巨大的磁场来约束中心高温等离子体，以保持等离子体的稳定状态并稳定运行，同时还需要一定的内部能量来维持聚变反应。
为此，科学家研制开发了多种磁约束核聚变设备。
在世界上，最具代表性的磁约束核聚变设备之一是国际热核聚变实验反应堆 (ITER)。
ITER是目前研发的最大、最复杂、也是最显著的国际核聚变实验，中国作为合作方之一，积极参与了其中。
我国在磁约束核聚变研究领域也有许多成果。
截至2020年，已经有两个世界上最大的聚变实验装置在我国运行，它们分别是西南物理研究所的“HL-2M托卡马克”和中国科学院等离子体物理研究所的“EAST托卡马克”。
“HL-2M托卡马克”是中国氢弹研制取得的成果之一。
它的主要用途是使我国在核聚变的实验和研究方面更好地掌握相关技术，积累更多的经验，并为未来的可持续能源的开发提供支持。
而“EAST托卡马克”是我国开展磁约束核聚变研究的主要平台之一，已经进行了数十年的研究，广泛发表了数百篇学术论文，国际上具有相当的声誉。
磁约束核聚变技术的发展顺应了人类对可持续、清洁、高效能源的追求。
目前来看，磁约束核聚变技术仍面临各种科研和技术难题。
其中，最大的难点之一是如何掌握超高温等离子体的约束与维持，此外，遏止热能与辐射通过等离子体和设备的技术挑战也需要接受。
控制核聚变的方法
控制核聚变的方法核聚变是一种能源产生方式，它是通过将两个轻元素合并成一个重元素来释放能量。
这种能源产生方式在太阳和其他恒星中都有发生，但是在地球上，我们需要控制核聚变的过程才能利用它来产生能源。
本文将介绍控制核聚变的方法。
1. 磁约束磁约束是一种控制核聚变的方法，它利用磁场来控制等离子体的运动。
等离子体是一种高温、高能量的物质，它是由氢原子核和电子组成的。
在磁约束中，等离子体被包含在一个磁场中，这个磁场可以控制等离子体的运动，使其保持在一个特定的区域内。
这种方法被称为“磁约束聚变”。
2. 惯性约束惯性约束是另一种控制核聚变的方法，它利用惯性来控制等离子体的运动。
在惯性约束中，等离子体被加速到非常高的速度，然后被突然停止。
这种突然停止会产生一个巨大的压力波，这个压力波可以将等离子体压缩到非常高的密度。
这种方法被称为“惯性约束聚变”。
3. 混合约束混合约束是一种将磁约束和惯性约束结合起来的方法。
在混合约束中，等离子体首先被加速到非常高的速度，然后被包含在一个磁场中。
这个磁场可以控制等离子体的运动，使其保持在一个特定的区域内。
这种方法被称为“混合约束聚变”。
4. 等离子体稳定性等离子体稳定性是控制核聚变的关键因素之一。
等离子体是一种非常不稳定的物质，它很容易受到外部扰动而破裂。
因此，控制等离子体的稳定性是非常重要的。
有许多方法可以控制等离子体的稳定性，包括使用磁场、惯性约束和混合约束等方法。
5. 燃料选择燃料选择也是控制核聚变的关键因素之一。
在核聚变中，氢是最常用的燃料，因为它是最容易聚变的元素之一。
但是，氢的聚变需要非常高的温度和压力，这使得控制核聚变变得非常困难。
因此，研究人员正在寻找其他更容易聚变的元素，例如氦和锂等元素。
6. 温度控制温度控制也是控制核聚变的关键因素之一。
在核聚变中，等离子体需要被加热到非常高的温度才能聚变。
但是，过高的温度会导致等离子体失控，从而破坏聚变反应。
因此，控制等离子体的温度是非常重要的。
磁约束核聚变和惯性约束聚变
磁约束核聚变和惯性约束聚变
这话不能这样讲啊，惯性约束和磁约束利用的领域不同。
惯性约束的好处在于设备可以做小，而且开、关火控制性能也比较好，适合在未来用于飞行器等领域，但其缺点是需要消耗大量能源产生激光用
来点火，而且燃料靶丸制造成本也很难降下来；磁约束设备比较大，但反
应持续性能好，不需要反复点火，适合作为核电站、大型船舶的供电系统，但其缺点在于开关火性能不佳，灵活度不够，而且维持强磁场所需的电能
成本也不低。
二者各有其优缺点及擅长领域，所以很难说哪一个更有前途，只能说
在不同的行业二者的优越性不同吧？。
磁约束受控热核聚变研究中的物理问题课件
仿星器装置的介绍
仿星器是一种类似于恒星内部结构的受控热核聚变装置，其名称来源于它的形状和 功能。
仿星器装置通常由多个磁场线圈组成，通过改变线圈电流来控制等离子体的形状和 约束。
仿星器装置的主要优点是能够模拟恒星内部的物理环境，并且具有较高的等离子体 密度和温度，因此在磁约束受控热核聚变研究中具有一定的应用价值。
热核聚变反应的点火与燃烧过程
总结词
点火与燃烧过程是磁约束受控热核聚变中的关键环节 ，涉及到高温、高压和高密度的极端物理条件。
详细描述
为了实现聚变反应的持续进行，需要解决点火与燃烧 过程的问题。点火涉及到聚变反应的启动，需要足够 的高温和高密度条件以克服热力学障碍。燃烧过程则 涉及到反应的维持和扩展，需要保持高温和高密度条 件，同时解决能量传输和输运问题。这一过程需要深 入研究燃烧等离子体的物理机制、能量传输和输运特 性以及高温等离子体的辐射性质等方面的知识。
02
磁场约束
通过强大的磁场，将高温等离子体限制在特定形状的磁场结构中，防止
其与容器壁直接接触。磁场强度和形状需精确控制，以确保等离子体的
稳定约束。
03
高温高压条件
为了引发和维持聚变反应，需要将等离子体加热到极高温度（数亿度）
，同时施加足够的高压。这需要采用先进的加热技术和能源输入方法。
磁约束受控热核聚变的应用前景
在球马克装置方面，研究者们成功地 实现了等离子体的均匀分布和稳定约 束，并探索了其在磁约束受控热核聚 变研究中的潜在应用前景。
04
面临的挑战与未来发展方向
等离子体控制技术的挑战
维持等离子体的稳定性
在磁约束受控热核聚变过程中，需要克服各种不稳定性，如ELM（边缘局域模）和ITG （内部输运垒）等，以确保等离子体的稳定运行。
磁约束热核聚变
磁约束热核聚变百科名片磁约束热核聚变一类受控热核聚变引。
用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出原子核所蕴藏的能量。
磁约束热核聚变是当前开发聚变能源中最有希望的途径，是等离子体物理学的一项重大应用。
磁约束热核聚变magnetic-confinement thermonuclear fusion受控热核聚变的基本条件对于原子核聚变反应中反应截面最大、相对容易实现的氘-氚聚变,要实现控制，最终建造可提供有增益的聚变能的热核聚变反应堆，必须具备一些基本的物理条件。
①把高度纯净的、氘和氚的混合材料,加热到1亿度以上，即达到所谓热核温度。
在这样的超高温度，氘氚混合气体已完全电离，成为氘、氚原子核和自由电子混合而成的等离子体。
②从常温下处于分子状态的氘、氚材料开始，一直到上述热核温度的整个加热过程中，把这个尺寸有限的等离子体约束起来，使组成等离子体的原子核在发生足够多的聚变反应之前，不至于失散。
定量地说，对于氘氚聚变，需要满足下列条件，式中n是单位体积(米)等离子体内原子核的数目（等于同一体积内自由电子的数目）;τ是一个带有平均热动能的高速电子或原子核在等离子体内停留的时间。
这个条件称为约束条件，或劳孙判据，它是根据氘氚聚变的反应截面并考虑了等离子体整个加热和产能过程中热能转换实际可能的效率而得出的,是聚变反应堆产生功率(能量)增益所必需满足的最低条件。
例如,当氘氚混合体的原子核密度(指的是数密度，下同) n为10τ米时，要求每个电子及原子核在等离子体内停留的时间，平均达到1秒以上。
基本原理根据氘氚聚变的反应截面计算，一团氘氚混合气体,需要达到10千电子伏(等于1.16×10开)以上的温度，氘、氚原子核才能得到足够高的速度来克服它们相互之间的静电排斥力而接近到有足够的几率穿透核势垒，发生聚变，从而释放出核内蕴藏的能量，并超过轫致辐射等能量损耗而提供能量增益。
磁约束核聚变原理
磁约束核聚变原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊磁约束核聚变这神奇的玩意儿。
你说这磁约束核聚变啊，就像是一场超级酷炫的魔术表演！想象一下，在一个特别的舞台上，那些微小的粒子们就像是调皮的小精灵，到处乱跑乱撞。
而我们呢，要想办法把它们给约束住，让它们乖乖地按照我们的意愿来行动。
这可不是一件容易的事儿啊！就好像你要抓住一群调皮的小猫，它们可不会老老实实地待在你指定的地方。
但是呢，科学家们可聪明啦！他们想出了用磁场来约束这些粒子的办法。
磁场就像是一个无形的大笼子，把那些粒子都关在里面，让它们只能在特定的区域里活动。
你可能会问啦，为啥要搞这个磁约束核聚变呢？哎呀，这可太重要啦！核聚变能产生巨大的能量啊，那能量简直多得吓人！要是我们能把这个技术玩转了，那以后我们的能源问题不就轻松解决啦？再也不用担心没电啦，也不用怕油价涨啦！你看现在，我们用的电很多都是靠烧煤、烧油发出来的，这多不环保啊！而且那些能源总有一天会用完的。
但是核聚变就不一样啦，它的原料在大海里多得是，简直就是取之不尽用之不竭呀！磁约束核聚变的研究可不容易啊，就像是攀登一座超级高的山峰。
科学家们一步一步地往上爬，遇到了好多困难和挑战。
有时候可能会失败，但是他们可不会轻易放弃！他们就像勇敢的战士，一直在为了实现这个伟大的目标而努力奋斗。
这过程中也有好多有趣的故事呢！比如说有时候实验会出现一些意想不到的情况，就像一场小小的闹剧。
但是科学家们会从这些意外中吸取经验教训，让自己变得更强大。
咱普通人虽然不能直接去搞这个磁约束核聚变，但是我们可以支持科学家们呀！给他们加油打气，让他们知道我们都在期待着他们的成功。
反正我觉得吧，磁约束核聚变就是未来的希望！它就像一道光，照亮我们走向美好未来的路。
我坚信，总有一天，科学家们会攻克所有的难题，让磁约束核聚变真正为我们所用。
到那个时候，我们的生活将会发生翻天覆地的变化，那该有多棒啊！你难道不期待吗？。
核聚变的磁约束
核聚变的磁约束1. 简介核聚变是一种将轻元素（如氘和氚）融合成重元素（如氦）的过程，释放出巨大能量的反应。
与核裂变不同，核聚变反应是可持续的，且不产生长寿命的放射性废料，因此被认为是理想的能源来源之一。
然而，要实现可控的核聚变反应并将其应用于能源生产，需要克服许多技术挑战。
磁约束是实现核聚变的一种重要方法，它利用磁场将等离子体约束在特定的空间中，以防止其与容器壁接触并散失能量。
本文将详细介绍核聚变的磁约束技术及其原理、应用和挑战。
2. 磁约束原理磁约束技术的核心是利用磁场对等离子体施加力，使其保持在特定的空间中。
磁约束可分为两种类型：轴向磁约束和径向磁约束。
2.1 轴向磁约束轴向磁约束是通过在等离子体周围创建一个轴向磁场来约束等离子体。
这个磁场使得等离子体沿着磁场线方向运动，防止其沿轴向扩散。
轴向磁约束通常使用螺管磁体或线圈来实现，这些磁体或线圈产生一个沿着等离子体轴向的磁场，将等离子体约束在中心位置。
2.2 径向磁约束径向磁约束是通过在等离子体周围创建一个径向磁场来约束等离子体。
这个磁场使得等离子体沿着磁场线方向运动，防止其沿径向扩散。
径向磁约束通常使用环形磁体或线圈来实现，这些磁体或线圈产生一个沿着等离子体径向的磁场，将等离子体约束在环形空间中。
3. 磁约束应用磁约束技术在核聚变研究和实验中具有广泛的应用。
以下是一些磁约束应用的例子：3.1 磁约束聚变堆磁约束聚变堆是一种利用磁约束技术实现核聚变反应的装置。
它通常由一个环形磁体或线圈和一个等离子体室组成，磁场约束等离子体在室内运动。
通过在等离子体中提供足够高的温度和密度，可以实现核聚变反应。
3.2 磁约束聚变反应堆磁约束聚变反应堆是一种利用磁约束技术实现可控核聚变反应的装置。
它通常由一个大型的环形磁体或线圈和一个等离子体室组成，磁场约束等离子体在室内运动。
通过控制磁场和等离子体的参数，可以实现可控的核聚变反应，并将其转化为能量。
3.3 磁约束聚变实验装置磁约束聚变实验装置用于研究核聚变反应的基本性质和物理过程。
磁约束热核聚变
向速度就要减小，甚至为零。通常将这种由弱到强的磁场位
形叫做磁镜。如右图，两个同向通电线圈产生中间弱两边强
的磁场位形，带电粒子在横向受到磁场约束，在纵向则在两
线圈中来回反射，从而达到约
束的目的。
不过，一部分纵向动能较大的粒子仍然有可能从磁镜两
环形磁约束结构
端逃出。而采用右图所示的环形磁约束结构则可避免这种情况。这种结构也是下面将要提到 的托卡马克装置的基本结构。
莫维齐宣布在苏联的 T-3 托卡马克上实现了电子温度 1 keV，质子温度 0.5 keV，nτ=10
的 18 次方 m-3.s，这是受控核聚变研究的重大突破，在国际上掀起了一股托卡马克的
热 潮 ，各 国 相 继 建 造 或 改 建 了 一 批 大 型 托 卡 马 克 装 置 。其 中 比 较 著 名 的 有 ：美 国 普 林
最早的托卡马克装置是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在 20
世纪 50 年代建造的。相比其他方式的受控核聚变，托卡马克拥有不少优势。1968 年 8
月 在 苏 联 新 西 伯 利 亚 召 开 的 第 三 届 等 离 子 体 物 理 和 受 控 核 聚 变 研 究 国 际 会 议 上 ，阿 齐
邀请欧共体、日 本、美国和加拿大、前苏联的代表在维也纳开会，讨论加强核聚变研究的
国际来的 ITER。
三、国际热核聚变实验堆计划（ITER） 1985 年，前苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上倡议，由美、
苏、欧、日共同启动"国际热核聚变实验堆（ITER）"计划。ITER 计划的目标是要建造 一个可自持燃烧（即"点火"）的托卡马克核聚变实验堆，以便对未来聚变示范堆及商 用聚变堆的物理和工程问题做深入探索。此后几经波折，在美国退出后，2001 年， 欧、日、俄三方通过了提案，ITER 项 目正式启动。2003 年，中国加入到 ITER 计划中，进一个月后，布什政府表示 愿意返回计划。 2005 年，韩国也宣布 加入 ITER。在各国达成协议后，ITER 的建设地点选在法国核技术研究中心 Cadarache。整个计划将投资 50 亿美 元（1998 年值），由各方按不同的比 例承担。建造期预计为 8 至 10 年，运 行期 20 年。2006 年，印度加入 ITER， 使 ITER 的参加国几乎覆盖了世界上全
核聚变惯性约束与磁约束
核聚变惯性约束与磁约束核聚变是一种重要的能量转化过程，它可以将两个质子合并成一个氘核，并释放出巨大的能量。
核聚变在太阳中发生，也被用来作为一种潜在的能源来源。
然而，核聚变是一个极其复杂的过程，需要极高的温度和压力条件才能发生。
为了控制核聚变反应，两种主要的技术——惯性约束和磁约束——被用于将热核聚变筒中的等离子体隔离开来。
这两种技术各有优缺点，并且常常被结合使用。
惯性约束是通过利用物体的惯性来阻止它的运动。
在核聚变中，惯性约束通常是通过放置一个重物，如铅块，在等离子体的中心来实现的。
由于等离子体具有很高的温度和压力，它会产生巨大的力，尝试将重物推开。
但是，由于重物具有很大的惯性，它很难动，因此能够有效地阻止等离子体的运动。
磁约束是通过利用磁场来阻止等离子体的运动。
在核聚变中，磁约束通常是通过在等离子体周围放置磁铁来实现的。
由于等离子体具有电荷，当它在磁场中时，它会受到磁力的影响。
如果磁场的方向和等离子体的电荷相反，则等离子体会受到排斥力，从而阻止其运动。
两种约束方法各有优缺点。
惯性约束相对简单，易于操作，但是效率较低。
磁约束更加复杂，但是效率较高。
因此，在核聚变研究中，通常会将两种方法结合起来使用。
惯性约束的一个缺点是，它的效率较低，因为它只能阻止等离子体的运动，而不能使其停止反应。
因此，惯性约束通常是在磁约束的基础上使用的，以确保等离子体的安全。
磁约束相对复杂，需要使用强大的磁铁和复杂的电路来实现。
然而，磁约束的效率更高，因为它能够完全抑制等离子体的反应，使其停止反应。
在实际应用中，两种方法常常被结合使用。
例如，在核聚变反应堆中，通常会使用磁约束来控制等离子体的反应，同时使用惯性约束来确保等离子体的安全。
总之，惯性约束和磁约束是两种重要的核聚变控制技术，它们各有优缺点，并且常常被结合使用。
惯性约束相对简单，易于操作，但是效率较低；磁约束更加复杂，但是效率较高。
在核聚变反应堆中，通常会使用磁约束来控制等离子体的反应，同时使用惯性约束来确保等离子体的安全。
磁约束核聚变国家实验室制度
磁约束核聚变国家实验室制度
磁约束核聚变国家实验室制度是我国在磁约束核聚变领域的重要科研制度之一。
该制度旨在推动磁约束核聚变技术的研发和应用，提高我国在该领域的国际竞争力。
磁约束核聚变国家实验室制度包括多个方面的内容，例如实验室的组织架构、人员配备、经费管理、项目管理等。
实验室通常由多个研究团队组成，每个团队负责不同的研究方向和任务。
实验室的管理层则负责协调各个团队的工作，确保实验室的科研目标得以顺利实现。
在经费管理方面，磁约束核聚变国家实验室通常由国家提供资金支持，以确保实验室的正常运转和科研工作的顺利开展。
同时，实验室也会积极争取其他渠道的经费支持，如与企业合作、申请科研项目等。
在项目管理方面，磁约束核聚变国家实验室通常会设立多个科研项目，每个项目都有明确的研究目标和任务。
实验室会组织专家对项目进行评审和验收，确保项目的质量和成果达到预期目标。
总之，磁约束核聚变国家实验室制度是我国在磁约束核聚变领域的重要科研制度，为我国在该领域的科研工作提供了有力的保障和支持。
通过不断完善和优化实验室制度，我们可以进一步推动磁约束核聚变技术的发展和应用，为我国的科技进步和经济发展做出更大的贡献。
磁约束核聚变
磁约束核聚变我们知道，自然界存在着两种类型的聚变：一种是“热核”聚变，另一种是“电核”聚变。
但是，当物质处于高温时，发生的聚变并不稳定，反应过程也比较复杂。
因此，只有处于超高温（ 4000万摄氏度），压力达到100万个大气压（相当于100亿个大气压）以上的情况下，发生的聚变才是稳定的，我们把这样的现象称为“磁约束”。
由于巨大的高温和压力，磁约束反应堆需要的材料必须满足两个条件：第一，要具有极强的磁场和磁场梯度；第二，要具有非常高的比热容。
世界上第一座磁约束反应堆就建在法国的郎斯，它的容量为500千瓦。
一直到20世纪70年代末期，世界上所有研制出来的核聚变装置都属于“热核”，即利用燃料发生裂变释放出来的热量引起核聚变反应。
2001年，中国开始筹划建设第一座超导托卡马克实验装置——ITC-MK-A，其总投资将近2亿美元，占地面积超过13万平方米，是一座占地面积大、结构复杂的巨型反应堆。
在2004年8月的国际热核聚变实验堆（ ITER）计划中，中国获得了在ITC-MK-A建造和运行国际实验堆的合作权，这也标志着中国在国际热核聚变实验堆项目上迈出了重要一步。
原子核的稳定结构被打破后，要让它们尽快聚集成新的原子核，除了给它提供足够的能量外，还必须让它产生强烈的碰撞，而且越多越好。
超导托卡马克是一种全超导的环形容器，容器内部有数百根通电的铜导线组成。
容器内的物理条件与磁体外部十分相似，实验时，强大的电流会使托卡马克产生巨大的环形磁场，磁场又会进一步产生电场，从而形成超强的电磁场，环形电磁场形成了巨大的磁场梯度，将束缚住原子核，并加速其运动，聚变反应就这样发生了。
在最初阶段，托卡马克实验装置没有安装超导磁体，整个装置主要依靠惯性约束核聚变，核心部位则采用超导线圈，其重量只有惯性约束的几十分之一。
10年之后，中国在ITC-MK-A中首次成功地实现了商用磁约束核聚变反应。
这一事实证明了中国已经拥有了高端先进的磁约束核聚变技术，从此拉开了我国全面参与国际热核聚变实验堆的序幕。
核聚变磁约束
将强流离子束，经过气体交换室进行电荷交换变成中性粒子束，然后注入磁约 束装置。在环流器上一般用于在欧姆加热基础上的二级加热。是迄今为止取得温度 最高的加热方法。所用的中性束，粒子能量为100千电子伏左右，功率为10～30兆瓦。
射频波加热
利用等离子体外输入的，适当频率的各种电磁波，通过等离子体内电子回旋共 振（频率约60～120吉赫）、离子回旋共振（频率约30～120兆赫）、或混合共振（频 率2吉赫等）的机制,进行吸收加热。目前主要是原理性实验。准备中的大型实验，射 频功率为3～30兆瓦；小型实验使用的功率可相应地减少。
磁约束核聚变的约束方法
每一个作螺旋形运动的带电粒子，就是一个微小的螺旋形的电流。这个微 小电流产生的磁场，无论是电子或离子，按法拉第电磁感应定律，基本上是和 外加的感应磁场B0方向相反的，是一种抗磁性。这些单个粒子所形成的微小电 流，叠加的结果，宏观地表现为，在圆柱表面上横向流动的电流I（图1）。这 个表面电流产生的磁场BI把圆柱内部原有的磁场B0抵消一部分，结果圆柱内的 磁场为Bi=B0-BI，圆柱外的磁场仍为B0。用磁场压强的概念，等离子体圆柱外 的磁压强为B0/2μ,圆柱内的磁压强为B/2μ，式中μ为磁导率。圆柱外的磁压 强大于圆柱内的磁压强，超过的部分即可平衡圆柱内的等离子体压强p，对它 起到约束的作用。当时，等离子体可以维持宏观的平衡，既不扩张又不被压缩。 由此就可得到一种利用磁场约束等离子体的、理想化的设备。这是一个很长的 圆筒形的真空室，内充稀薄的氘氚气体；外面绕上导线所成的直螺线管，真空 室内产生磁场来约束其中产生的等离子体。宏观地看，等离子体平常没有磁性， 但一旦加上磁场时，等离子体中的带电粒子运动就发生变化，形成如上所述的 粒子回旋运动，产生抗磁性，表现为磁性等离子体──一种抗磁性流体物质， 从而被外磁场所约束。 按照磁场中粒子横越磁力线扩散的理论计算，圆筒形真空室中等离子体圆柱的 直径不必大于1米,比不用磁场时,按热核等离子体中粒子自由飞行的情况所需的 10米,缩小到10倍。这就是用磁场约束热核聚变等离子体的主要优点。但这种约 束作用，只表现在垂直于磁场的方向；在平行于磁场的方向，等离子体仍没有 得到约束，圆筒真空室仍需长达10米。等离子体沿圆筒真空室两端逸出损失， 成为需要进一步研究解决的问题。
磁约束核聚变研究
1965年，他负责三线基地，即原二机部585所 的筹建工作，1969年底，随三线建设迁至四川 乐山原二机部 585 所，即现核工业西南物理研 究院。文化大革命结束后，任二机部 585 所所 长，任职期间，他指导了中国环流器一号装置 的设计建设，领导了这一装置和全所的等离子 体物理与聚变工程技术的研究工作。 70年代初，他在国内率先提出了聚变裂变共生 堆的概念 李正武先生1980年被选为中国科学院院士 1988年，为了指导我国受控聚变事业的发展， 他及时提出了中国环流器二号的概念设计框架， 成为中国环流器二号计划的早期基础。
为什么加入ITER
据2006年6月国际能源巨头BP公司发布的《BP世 界能源统计》[11]的数据
中国的石油和天然气储量都 占世界总储量的1.3%，煤炭 占总储量的12.6%
90%上的能源为不可再生能源
可能的轻核聚变反应
D T He (3.5MeV) n (14.1MeV)
4
50% D D T (1.01MeV) p (3.02MeV) 50% He3 (0.82MeV) n (2.45MeV) D He3 He 4 (3.6 MeV) p (14.7MeV) 51% T He3 He 4 p n 12.1MeV 43% He 4 (4.8MeV) D (9.5MeV) 6% He5 (2.4 MeV) p (11.9MeV) p Li6 He 4 (1.7 MeV) He3 (2.3MeV) p B11 3He4 8.7 MeV
1993年6月9日，中共中央政治局常委、全国政协主席 李瑞环同志在安徽省委书记卢荣景陪同下，来等离子 体所考察
1996年10月24日，中科院副院长路甬祥来等离子体所视察
磁约束核聚变研究
( R )
2
2
0
R
j
( R ) 0 p ( )
R
2 0 2
F ( ) F ( )
用垂直场平衡托卡马克等离子体的道理
内侧分支点决定极向比压值R/a
环形装置主要宏观不稳定性
名称 扭曲模 撕裂模 性质 理想 电阻 形态 驱动源 低m 电流梯度/ 压强梯度 低m 电流梯度 m=1 压强梯度 高n 压强梯度 稳定方法 qa/q0>2, qa>m 磁剪切, qa>m q0>1 好曲率, <β>=<a/Rqa2
Δω ~ ω, Δk ~ k
分类：静电微观不稳定性 电磁微观不稳定性
涨落如何引起粒子损失？
垂直方向电场： 引起漂移速度 产生的粒子流 磁面平均
~ E E E
密度提高时会 达到极限
等离子体输运
经典输运系数： 扩散系数
Dc ei e2
离子热扩散率
i ii
2 i
电子热扩散率
e ee e2
托卡马克的实际输运系数远远大于经典值
新经典输运：
考虑到约束粒子（香蕉轨道）的贡献
新经典输运系数
D ( e q( r )) 2 ei
改革开放时期（攀登阶段）
1984年，核工业西南物理研究院研制成功HL-1环流器装置。同年， 中科院等离子体物理所研制成功HT-6M托卡马克装置。
1988年，马腾才、胡希伟、陈银华《等离子体物理原理》出版。
1991年，中科院等离子体物理所建成超导托卡马克HT-7。 1994年，核工业西南物理研究院将HL-1改装成HL-1M。 1999年，石秉仁《磁约束聚变：原理和实践》出版。 英文刊物《Plasma Science & Technology》创刊。
磁约束聚变
原因： 磁力线是一个简单的圆周，所在的平面平行于环形螺
线管所在的平面，当一个粒子沿着某条磁力线运动时， 粒子的飘逸运动方向处处相同，粒子连续地趋向管壁 的同一侧，最终碰到管壁。 策略：
在沿大环方向的圆环磁场上叠加一个沿小环方向的角 向场，把简单的圆环形磁场改变为非圆环形磁场，带 电粒子的位置和方位不断地改变，其漂移方向也不一 样。
4、磁约束等离子体的加热原理
欧姆加热是利用电流通过等离子体的电阻时发出的热 量来加热等粒子。物理上的缺点是电子速度越高，所遇 到的碰撞越少，也就是电阻越小，R Te3 2 电子在电场中 被加速后，能量向热能的转化率变低。当等粒子体温度 达到 Te (1 2)keV 时，韧致辐射损失抵消了欧姆加热。距 离核聚变点火条件（等离子体温度达到10keV）还有差 距。因此必须考虑辅助加热。分为高能中性粒子束注入 和大功率射频电磁波注入。
磁力线是弯曲的、闭合的圆，曲率半径的方向从中心 指向外部，使带正电粒子向上漂移，带负电离子向下 漂移，造成电荷分离；
梯度漂移和曲率漂移引起电荷分离，建立起一个电场， 于是带电粒子受到一个电漂移，使带电粒子向管壁漂 移；
重力作用产生的重力漂移，带正电粒子向外漂移，带 负电离子向内漂移。
所以，一个简单的圆环磁场不能有效地把带电粒子约 束在一个有限的空间区域中。
等离子体既有流体性质，又有电磁性质，表现出“磁 流体”性质。
等离子体约束的平衡问题：在磁场的作用下等离子体 可以被约束住，而且保持一定的位行； 稳定性问题：平衡位行能否保持足够长的时间，使聚 变反应充分进行，在发生扰动时是恢复并保持原来稳 定的状态，还是畸变越来越严重。
平衡和稳定性之间的区别
(a) 稳定平衡
特征步长：粒子间每次碰撞所产生的平均的粒子位置 的移动，是衡量输运损失的一个重要参量。扩散系数 正比于特征步长的平方。