磁约束核聚变

苏联的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维 齐等人在1950年代发明的 二十世纪六十年代苏联科学家在T-3 Tokamak在宏观稳定性上取得突破性进 展取得优势地位 1970年起世界上掀起“tokamak”热 1976年ITER(international tokamak experimental reactor）提上建造议程
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
氘氚反应堆实际消耗的是氘和锂 发展的目标是：氘氦-3，氘氘反应
4
粒子的平均动能与动力温度
1keV =10 K
由氘氚反应：
7
D T
4
He + n + 17.6MeV
1 5
α粒子的动能：17.6MeV×
热化后温度：350亿度
实现氘氚反应所需能量：10KeV
惯性约束
聚 变
磁约束
θ箍缩 θ-pinch Z箍缩 Z-pinch 磁镜 magnetic mirrors 仿星器 stellarator 托卡马克 Tokamak
ITER
International Thermonuclear Experimental Reactor
•目前全球规模最大、影响最深远的国际 科研合作项目之一，建造大约需要10年， 耗资50亿美元 •ITER计划倡议于1985年，并于1988年 开始实验堆的研究设计工作 •主要成员：欧盟、印度、日本、韩国、 俄罗斯和美国 •2003年1月，国务院批准我国参加ITER 计划谈判，经过三年谈判，2006年5月 24日，中国加入ITER计划
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
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 பைடு நூலகம்T
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
http://ikeepu.com/bar/dn9p
连接到ITER工地现场的摄像头
磁约束的主要问题
“自持燃烧”的关键问题： 氘氚等离子体的特征 α粒子的约束及“排灰” 遥控操作技术 α粒子驱动的不稳定性研究 自持燃烧的剖面控制及高增益的燃烧控制 “稳态运行”的关键问题 高自举电流份额 氚工艺及氚的“自持” 长于小时计的放电脉冲时间多于月计的运行时间 等离子体的大破裂 包层工程及“活化”材料 电功率输出
tokamak
环形（toroidal）、真空室（kamera）、磁（magnit）、线圈（kotushka）
托卡马克的核心是 一个环形的真空室， 外面缠绕着线圈。在 通电的时候托卡马克 的内部会产生巨大的 螺旋型磁场，将其中 的等离子体加热到很 高的温度，以达到核 聚变的目的。
tokamak发展历史
参考文献： 石秉仁 《磁约束聚变原理与实践》
邱励俭 《聚变能及其应用》
中国科技大学
大连理工大学 华中科技大学 清华大学
EAST
Experimental Advanced Superconducting Tokamak
1997年 项目被中央科技领导小组批准 2000年10月国家发展计划委员会批准项目正式开工建 设
2006年 工程调试和实验运行（总共三次）
2007年3月01日：项目正式通过国家竣工验收
•ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克 马克。其装置中心是高温氘氚等离子体环，其中存在 15兆安的等离子体电流，核聚变反应功率达50万千瓦 •作为聚变能实验堆，ITER要把上亿度、由氘氚组成的 高温等离子体约束在体积达837立方米的"磁笼"中，产 生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒
J-TEXT Tokamak
由美国德克 萨斯大学捐 献给我校
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))