聚变能研究及技术进展

离子温度: 加料系统: 加热系统:
3 keV GP, SMBI, PI ECRH, LHCD, NBI
等离子体电流: 线平均电子密度:
450 kA 6.0 x 1019 m-3
低混杂波 电流驱动
2 MW
电子回旋 共振加热
5 MW
11
HL-2A装置的三个重要里程碑
HL-2A装置物理实验重要进展。
实现国内首次偏滤器位形放电
Βιβλιοθήκη BaiduIP
200.00 IE
0.00
-0.5
-0.5
文件
dn
文件
装置
HL-2M
迭代误差 9.8e-05 / 1.0e-04
模式 1.5
迭代次数
53 / 150
炮号
99996 文件 时s间now 0
文件 装置 H文L件-2M snow
文件
炮号装置 999H9L6-2M
模式
模式
运行模式 平衡模式迭代误差收6敛.1与e否-00/3已1收.0敛e-003 迭代次数 迭代误1差2 / 12.05e0-03 /1.0e-0运3 行模迭代式次数平衡模3式6 /100
CFETR ITER HL-2M EAST HL-2A HL-1M/HT-7/J-TEXT HL-1
小装置
中国聚变发展概况
自1960’s以来，国内先后建立了不同类型的磁约束装置角向箍缩（1969~1980’s）、仿星器（1971年） 、磁镜 （1972年）、反场箍缩（1990年）、及一系列小/微型托卡马克装置（KT-5、CT-6、HT-6B、HT-6M、SUNIST、 微环、预试小环、等）。中大型托卡马克：HL-1（1984年）、HL-1M（1992年)、T-7（1996年）、HL-2A （2002年）、EAST（2006年）、J-TEXT（2007年）、HL-2M（2020年）。 实现了我国核聚变研究由原理探索到大规模装置实验的重大跨越发展。
研发关键技术，为下一代聚变堆的建造积累能力； 开展广泛的物理实验研究，培养优秀人才。
HL-2M装置特点
国内最大等离子体电流，更高的能量约束时间、密度和温度三乘积（2.5MA/3.0MA）； 高密度、高比压、高自举电流 （βN > 3, f BS > 50%）； 先进偏滤器位形（受热面积比常规偏滤器大十倍左右，提升排热能力）； 更优化的物理可近性和装置可近性，有利于更广泛的物理研究和诊断研究。
1亿度、5秒 5000万度、100秒 2500万度、400秒
EAST
每年超过4000人天 国际合作
EAST上100s稳态H-mode实验
• 100s 稳态高约束模放点波形图； • 芯部等离子体温度大于5000万度；
HL-2M装置——正在建造
HL-2M装置结构
装置/参数
等离子体大半径, R 等离子体小半径, a 环径比 欧姆电流最大伏秒能力 等离子体电流, Ip 常规运行环向磁场, Bt 等离子体截面三角形变系数, δ 等离子体截面垂直拉长比, κ 辅助加热
HL-2A
1.65m 0.4m 4.1 5Vs 0.45MA 2.8T <0.5 (DN) <1.3 (DN) >10MW
HL-2M
1.78m 0.65m 2.8 >14 V·s 2.5MA (3 MA) 2.2 T (3.0T) >0.5 2 >25MW
产生近堆芯参数的高性能等离子体，为聚变物理研究提供必 要的实验平台；
加料、排灰及第一壁系统；
诊断系统、等离子体控制系统；
包层及氚增殖； 氚工厂系统； 发电系统。 ……
核安全！！
目录
一、磁约束受控聚变基本原理 二、国内外聚变能研究进展 三、国内外聚变堆研发计划 四、聚变能发展前景分析
磁约束聚变装置一览表
磁约束聚变研究进展一览图
磁约束聚变研究进展一览图
中国环流器一号 (HL-1)
中国环流器新一号 (HL-1M)
HT-7
J-TEXT
中国环流器二号A装置（HL-2A）
2002年，HL-2A装置的成功建设，获得国家科技进步二等奖；加热系统等，获得国防科技进步一等奖多项。
中性束 加热
3 MW
纵向磁场: 2.8 T 放电时间: 3.0 s 电子温度: 5 keV
聚变能研究及技术进展
目录
一、磁约束受控聚变基本原理 二、国内外聚变能研究进展 三、国内外聚变堆研发计划 四、聚变能发展前景分析
聚变反应及点火条件
点火条件为（三乘积判据）： n·τ·T ＞ 3.0×1021 m-3·keV·s
Q = 1 得失功率相当。 Q = ∞ 完全自加热。
托卡马克原理及聚变堆
1.5
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
1
1.5
2
2.5
文件
snow
文件
装置
HL-2M
炮号
99996
时间
0
迭代误差 1.3e-04 / 1.0e-04
模式 1.5
迭代次数
133 / 150
运行模式 平衡模式
1.5 收敛与否 已收敛
位形中心r 电流中心r 截面积
1.856 1.805 1.313
位形 1
位形中心z
磁场系统：
环向磁场（Toroidal field） 欧姆场（Ohmic field） 极向磁场（Poloidal field）
真空室及真空系统；
堆运行的三个必要的自持条件： 等离子体电流自持； 聚变反应自持； 氚自持；
外部加热系统（粒子加热、波加热）；
供电系统、低温系统、冷却系统；
-0.000
电流中心z
-0.000
体积
14.687
0.5
小半径 上三角形变 上拉长比
0.582 0.712 1.215
位形 下三角形变 下拉长比
1 双零位形
0.712
1.215 0.5
电流
IPF1 0.00 IPF2 0.00 IPF3 10.00 IPF4 0.00 IPF5 0.00 IPF6 0.00 IPF7 -2.60 IPF8 0.00 IPF9 0.00 IPF10 0.00 IPF11 10.00 IP0F12 0.00 IPF13 0.00 IPF14 0.00 IPF15 -2.60 IPF160 0.00
实现国内最高等离子体电子温度5500万度
实现国内首次高约束模放电
等离子体位形的精确控制； 诊断测量的精度提高； 等离子体反馈控制系统的建立；
大功率外部加热技术和设备的提高； 等离子体-波相互作用物理的理解提高； 大型等离子体诊断技术的发展和精度提高；
等离子体精确反馈控制水平； 大功率加热，特别是NBI加热能力； 等离子体物理的认识和理解； 壁处理、抽气物理；