受控核聚变于等离子体物理学
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
◆等离子体电磁学参数、热力学参数、流体力学参数、杂质(有效Z)、装置及其附属系 统运行参数实验观测；
◆等离子体涨落量测量、磁流体（MHD）不稳定性“特征”研究及其控制方法研究； ◆等离子体“宏观流”（表征等离子体由“无序”走向“有序”因而相应的不稳定性被
抑制）实验研究； ◆等离子体二级加热、电流驱动及等离子体电流剖面控制实验研究； ◆等离子体加料及密度剖面控制实验研究； ◆等离子体输运行为实验研究等。
（D）先进偏滤器概念及偏滤器物理研究 包括刮离层物理、α 粒子的能量及粒子排出、等离子体与器壁相互作用、器壁对燃料粒子的化学
吸附及解吸、器壁杂质粒子的溅射及其对芯部的影响等
（E）稳态燃烧等离子体物理学（包括 α 粒子自加热，这是ITER的科学目标）
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3．国际热核实验堆（ITER）计划简介
我国承担的12个采购包(实物贡献)一览表：
磁体支撑（100%、22.85 kIUA），包层第一壁/包层屏蔽体(10%/40%、31.9 kIUA) ，气体阀门箱和辉 光放电清洗系统（88%、6.78 kIUA） ， 中子诊断系统 （中子通量测量、2.0I kIUA）; 修正场线圈 （100%、2.6 kIUA），磁体引线 （100%、26.1 kIUA），运输小车和机械手系统（只做 小车、8.2 kIUA），光学测量系统（可见光谱测量、3.3 kIUA）;
2、中国受控核聚变研究
聚变增殖堆 FEB-E概念设 计(三维图)
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
• 环流器二号A装置是我国第一个偏滤器位形托卡马克装置。等离子体
电流达430千安、放电时间3秒。在该装置上开展了：改善约束、等离
子体输运、等离子体带状流、破裂特征、等离子体位形控制等前沿课 题研究。先后应邀在20届和21届世界聚变能大会上报告。
◆由于电子和离子热速度的差别，便在固体界面附近（德拜长 度线度 内）形成负电 位的“鞘层”。“鞘层”的概念是所有等离子体加工的基础 ，由于“鞘层” 是由等 离子体“自组织” 形成和维持的，人们只需要控制等离子体的外部宏观参数(气体种 类、工作气压、放电功率等），即可达到各种加工的目的。
◆由于带电组元（电子、离子）处于“游离状态”，使等离子体中容易发生多种原子、 分子（如电离、复合、激发、退激、热解、裂解、离子合成、亚稳态电离、亚稳态复 合、亚稳态及高激发态原子等）过程，这些过程通称“等离子体活性”。在等离子体 化工、等离子体涂层、等离子体聚合、等离子体结晶中有非常重要的意义。
FCI(Flow Channel Insert) MHD
exSpWeriImPents
Liquid metal experimental loop (LMEL) upgrade
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
低活化材料钒 基合金的研制
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
（3）“聚变等离子体物理学” 研究的方法
◆三大理论体系基础：色散介质电动力学、等离子体统计力学、（电）磁流体力学 ◆发展先进诊断技术，开展等离子体物理实验研究 ◆开发计算机软件平台，开展数值模拟和（计算机）仿真实验。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（4）“聚变等离子体物理学” 实验研究
◆（面对等离子体)第一壁处理及杂质控制技术；
◆先进偏滤器概念及偏滤器技术研究；
◆等离子体加料技术;
◆等离子体位形反馈控制技术;
◆数据采集与处理技术;
◆软件技术及计算机仿真实验(技术)。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
1、国际受控核聚变研究的进程
▪ 受控热核聚变研究分为惯性约束和磁约束两种途径。两种途径的研究持续了半个多 世纪。八十年代以来形成了以托卡马克为重点途径的磁约束聚变研究局面。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（5）“等离子体相关技术”研究领域
◆磁体技术、特殊供电与控制技术;
◆等离子体二级加热及电流驱动技术(微波技术、中性粒子束技术) ；
◆先进诊断技术(电磁测量、粒子质谱/能谱测量、微波测量、热辐射测量、激光测量、光谱分析、X射线测量、 核测量等 30多种先进诊断技术);
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
中国环流器二号A装置
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
HL-2A装置改造与升级
SWIP
（a）当前
（b）改造后
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
改进后的液态金属试验回路(LMEL) 以及MHD实验安排
子释放的能量比较，氘氚聚变释放的能量是铀－235裂变释放
的能量的4.14倍。
◆受控核聚变的苛刻条件：要求有上亿度的温度 (足够高温度)，
以便原子核能够克服库仑力，充分靠近从而进入核力场的作用
范围并发生核聚变反应；要求高温的聚变粒子不能太稀薄(较 高密度)，以便增加原子核之间碰撞的可能性；要求能够将高 温高密的聚变粒子约束足够长的时间(较长能量约束时间)，以 便有充分的时间发生核聚变反应。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
氘氚核聚变原理
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
Plasma self-heating
SWIP
Tritium replenishment
Li
Electricity Hydrogen
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
托卡马克装置示意图
◆宏观电中性和微观电荷分离，电荷分离只存在于很小的线度(德拜长度) 内，这种自屏蔽效应称为“德拜屏蔽”；
◆带电粒子（受长程库仑力支配）构成的多粒子体系，连续 电 磁流 体 （简称“磁流体”），色散电介质；
◆单个带电粒子在外电磁场中的运动形态为“轨道运动”，而等离子体
整体则呈“集体运 动”形态。不同 于一般的流体力学系统(色散电介质)，
裂模、 电阻壁 模和边沿局部模）
（C）高能粒子行为研究
通过以上三方面的研究，验证“先进托卡马克运行模式” （ITER的科学基础）：
高约束模。通过抑制等离子体不稳定性(导致反常输运的集体运式)、优化和控制等离子体位形、建立大 尺度输运垒，实现高性能约束模式(高能量约束时间)，以及高约束模式下的等离子体物理学问题究；
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍 2、磁约束受控核聚变
—
（1）“聚变等离子体物理学” 研究的目标：
——验证受控核聚变的科学可行性
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（2）“聚变等离子体物理学” 研究的范围
（A）约束与输运研究 （B）(电)磁流体不稳定性研究（重点研究对未来聚变堆有重大影响的等离子体破裂、新经典撕
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
核聚变能是宇宙间所有恒星（包括太阳）释放光和热的能源。
聚变电站将首先利用氘氚聚变能。氘在海水中储量极为丰富，一升 海水里提取出的氘，释放的聚变能相当于燃烧300升汽油；氚可在反应堆 中通过锂再生，而锂在地壳和海水中都大量存在。
人类开发核聚变能源经历了艰苦的历程。自20世纪40年代末起，各 国投入科学家及工程师上千人，总计经费每年超过10亿美元。人们对开 发聚变能源难度的认识也逐步深化，从20世纪70年代开始，原苏联科学 家提出的“托克马克”概念显示独特优势，成为磁约束核聚变研究的流。
• 中科院TH-7装置和EAST装置(超导托卡马克)。 TH-7装置上开展了长 脉冲 (等离子体电流60千安时300秒)放电实验和离子伯恩斯坦波(IBW) 加热实验。为EAST装置的建设积累了超导磁体技术的坚实基础， EAST装置于是2006年建成。
由于我院的国际影响以及成都市政府的大力支持，21届世界聚变 能大会在成都召开，我院18篇报告被选中，其中包括1篇邀请报告和1 篇口头报告。这是我院取得的重大突破。
ITER的主要系统: 磁场线圈系统，真空室系统，真空 室内部件（屏蔽包层模块和偏滤器元件），低温恒温器， 水冷系统，低温站，加热和电流驱动系统，供电系统，加 料和抽气系统，氚系统，诊断系统等。
有关技术研发已基本完成。 其中：中心螺管线圈、 环向场线圈、真空室、包层模块、偏滤器、屏蔽包层模块 遥控操纵系统、偏滤器遥控操纵系统等七大关键部件的技 术难度最大。
七方成员分别为欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，包括 了世界上主要的核大国和世界人口的一半。
ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能， 从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3．国际热核实验堆（ITER）计划简介
ຫໍສະໝຸດ Baidu
等离子体“集体运 动”从模式到特征频率都异常复杂。只要存在“自由
能”，某些集 体运动模式便会激发起来并传播开去,发展成为“不稳定
性”。
SWIP
‹#›
一、等离子体的基本属性
◆等离子体存在无穷多 “自由度”，每个“自由度”都象“窗口”一样对“扰动”
敞开，导致等离子体（力学系统）极易偏离（甚至远离）自己的平衡态，但也存在许 多“渠道”使其回到新的平衡态 。这一现象使等离子体 成为非线性科学研究的主要 对象之一。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
◆氘氚聚变释放的能量: 氘和氚发生聚变后，氘核和氚核聚合生 成1个氦核和1个中子，并释放17.6Mev（其中中子携带 14.1MeV、氦核携带3.5MeV）的能量。氘氚聚变有5个核子参 加反应，而铀－235裂变有236个核子参加反应。如果按每个核
▪ 国际热核聚变实验堆(ITER)开始建设，标志着聚变能研究由基础性研究开始进入了 实验堆的研究阶段。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
我国受控核聚变研究始于五十年代，经过近四十余年的 原理探索阶段, 进入规模化实验研究阶段。从装置规模和达 到的技术指标看, 与国外先进水平相比大体有10年左右的差 距, 聚变三乘积（即能量约束时间、等离子体密度和温度三 者的乘积）大约差1-2个数量级。
核聚变能源开发的进展与展望
核工业西南物理研究院
潘传红 2010年3月
SWIP
‹#›
报告内容
第一部分 等离子体的基本属性
第二部分 受控核聚变一般原理介绍 第三部分 等离子体物理学与核聚变工程技术研究进展 第四部分 热核工程技术与示范堆、商用堆
SWIP
‹#›
一、等离子体的基本属性
◆物质第四态，物质存在的基本形态；
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
能源短缺和环境恶化是21世纪人类社会面临的两大难题。目前 作为主要能源的石油、煤、天然气等储量有限，太阳能、生物 能、风能、水电等装机容量有限且受地域限制，化石能源燃烧 释放的温室气体使人类生存条件日益恶化，核能作为一种新型 能源被世界各国关注。核裂变能在50年代已得到成功应用，但 存在放射性废物处理和铀资源储量问题。核聚变能以其资源无 限与洁净，向人类展示了不可比拟的优势和前景。
▪ 九十年代以来，在托卡马克装置上取得重大进展:
1991年11月，欧共体JET装置上首次成功地进行了D-T放电实验,1997年创下了输出聚变功率16.1MW、聚 变能21.7MJ 的世界最高纪录；
美国的TFTR装置于1993年10月也实现了D-T反应；
1998年，日本JT-60U装置上获得了聚变堆级的等离子体参数，聚变三乘积～1.53×1021keV·s·m-3，等效 聚变功率增益达到1.25。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3、国际热核实验堆（ITER）计划简介
图1. ITER装置示意图
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3、国际热核实验堆（ITER）计划简介
2006年，七方共同签署了《国际热核实验堆联合实施协定》，ITER计 划进入实施阶段。该计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研 合作项目之一，建设周期十年，耗资五十亿美元（1998年值）。
高功率密度。通过二级加热提高和维持等离子体功率密度(高经济性能)，及大功率二级加热条件下的等 离子体物理学问题研究；
高额自举电流。产生和维持高额自举电流(是维持聚变堆稳态运行的必要条件) ，及高额自举电流条件下 等离子体物理学问题研究。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（2）“聚变等离子体物理学” 研究的范围
◆等离子体涨落量测量、磁流体（MHD）不稳定性“特征”研究及其控制方法研究； ◆等离子体“宏观流”（表征等离子体由“无序”走向“有序”因而相应的不稳定性被
抑制）实验研究； ◆等离子体二级加热、电流驱动及等离子体电流剖面控制实验研究； ◆等离子体加料及密度剖面控制实验研究； ◆等离子体输运行为实验研究等。
（D）先进偏滤器概念及偏滤器物理研究 包括刮离层物理、α 粒子的能量及粒子排出、等离子体与器壁相互作用、器壁对燃料粒子的化学
吸附及解吸、器壁杂质粒子的溅射及其对芯部的影响等
（E）稳态燃烧等离子体物理学（包括 α 粒子自加热，这是ITER的科学目标）
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3．国际热核实验堆（ITER）计划简介
我国承担的12个采购包(实物贡献)一览表：
磁体支撑（100%、22.85 kIUA），包层第一壁/包层屏蔽体(10%/40%、31.9 kIUA) ，气体阀门箱和辉 光放电清洗系统（88%、6.78 kIUA） ， 中子诊断系统 （中子通量测量、2.0I kIUA）; 修正场线圈 （100%、2.6 kIUA），磁体引线 （100%、26.1 kIUA），运输小车和机械手系统（只做 小车、8.2 kIUA），光学测量系统（可见光谱测量、3.3 kIUA）;
2、中国受控核聚变研究
聚变增殖堆 FEB-E概念设 计(三维图)
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
• 环流器二号A装置是我国第一个偏滤器位形托卡马克装置。等离子体
电流达430千安、放电时间3秒。在该装置上开展了：改善约束、等离
子体输运、等离子体带状流、破裂特征、等离子体位形控制等前沿课 题研究。先后应邀在20届和21届世界聚变能大会上报告。
◆由于电子和离子热速度的差别，便在固体界面附近（德拜长 度线度 内）形成负电 位的“鞘层”。“鞘层”的概念是所有等离子体加工的基础 ，由于“鞘层” 是由等 离子体“自组织” 形成和维持的，人们只需要控制等离子体的外部宏观参数(气体种 类、工作气压、放电功率等），即可达到各种加工的目的。
◆由于带电组元（电子、离子）处于“游离状态”，使等离子体中容易发生多种原子、 分子（如电离、复合、激发、退激、热解、裂解、离子合成、亚稳态电离、亚稳态复 合、亚稳态及高激发态原子等）过程，这些过程通称“等离子体活性”。在等离子体 化工、等离子体涂层、等离子体聚合、等离子体结晶中有非常重要的意义。
FCI(Flow Channel Insert) MHD
exSpWeriImPents
Liquid metal experimental loop (LMEL) upgrade
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
低活化材料钒 基合金的研制
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
（3）“聚变等离子体物理学” 研究的方法
◆三大理论体系基础：色散介质电动力学、等离子体统计力学、（电）磁流体力学 ◆发展先进诊断技术，开展等离子体物理实验研究 ◆开发计算机软件平台，开展数值模拟和（计算机）仿真实验。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（4）“聚变等离子体物理学” 实验研究
◆（面对等离子体)第一壁处理及杂质控制技术；
◆先进偏滤器概念及偏滤器技术研究；
◆等离子体加料技术;
◆等离子体位形反馈控制技术;
◆数据采集与处理技术;
◆软件技术及计算机仿真实验(技术)。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
1、国际受控核聚变研究的进程
▪ 受控热核聚变研究分为惯性约束和磁约束两种途径。两种途径的研究持续了半个多 世纪。八十年代以来形成了以托卡马克为重点途径的磁约束聚变研究局面。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（5）“等离子体相关技术”研究领域
◆磁体技术、特殊供电与控制技术;
◆等离子体二级加热及电流驱动技术(微波技术、中性粒子束技术) ；
◆先进诊断技术(电磁测量、粒子质谱/能谱测量、微波测量、热辐射测量、激光测量、光谱分析、X射线测量、 核测量等 30多种先进诊断技术);
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
中国环流器二号A装置
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
HL-2A装置改造与升级
SWIP
（a）当前
（b）改造后
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
改进后的液态金属试验回路(LMEL) 以及MHD实验安排
子释放的能量比较，氘氚聚变释放的能量是铀－235裂变释放
的能量的4.14倍。
◆受控核聚变的苛刻条件：要求有上亿度的温度 (足够高温度)，
以便原子核能够克服库仑力，充分靠近从而进入核力场的作用
范围并发生核聚变反应；要求高温的聚变粒子不能太稀薄(较 高密度)，以便增加原子核之间碰撞的可能性；要求能够将高 温高密的聚变粒子约束足够长的时间(较长能量约束时间)，以 便有充分的时间发生核聚变反应。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
氘氚核聚变原理
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
Plasma self-heating
SWIP
Tritium replenishment
Li
Electricity Hydrogen
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
托卡马克装置示意图
◆宏观电中性和微观电荷分离，电荷分离只存在于很小的线度(德拜长度) 内，这种自屏蔽效应称为“德拜屏蔽”；
◆带电粒子（受长程库仑力支配）构成的多粒子体系，连续 电 磁流 体 （简称“磁流体”），色散电介质；
◆单个带电粒子在外电磁场中的运动形态为“轨道运动”，而等离子体
整体则呈“集体运 动”形态。不同 于一般的流体力学系统(色散电介质)，
裂模、 电阻壁 模和边沿局部模）
（C）高能粒子行为研究
通过以上三方面的研究，验证“先进托卡马克运行模式” （ITER的科学基础）：
高约束模。通过抑制等离子体不稳定性(导致反常输运的集体运式)、优化和控制等离子体位形、建立大 尺度输运垒，实现高性能约束模式(高能量约束时间)，以及高约束模式下的等离子体物理学问题究；
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍 2、磁约束受控核聚变
—
（1）“聚变等离子体物理学” 研究的目标：
——验证受控核聚变的科学可行性
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（2）“聚变等离子体物理学” 研究的范围
（A）约束与输运研究 （B）(电)磁流体不稳定性研究（重点研究对未来聚变堆有重大影响的等离子体破裂、新经典撕
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
核聚变能是宇宙间所有恒星（包括太阳）释放光和热的能源。
聚变电站将首先利用氘氚聚变能。氘在海水中储量极为丰富，一升 海水里提取出的氘，释放的聚变能相当于燃烧300升汽油；氚可在反应堆 中通过锂再生，而锂在地壳和海水中都大量存在。
人类开发核聚变能源经历了艰苦的历程。自20世纪40年代末起，各 国投入科学家及工程师上千人，总计经费每年超过10亿美元。人们对开 发聚变能源难度的认识也逐步深化，从20世纪70年代开始，原苏联科学 家提出的“托克马克”概念显示独特优势，成为磁约束核聚变研究的流。
• 中科院TH-7装置和EAST装置(超导托卡马克)。 TH-7装置上开展了长 脉冲 (等离子体电流60千安时300秒)放电实验和离子伯恩斯坦波(IBW) 加热实验。为EAST装置的建设积累了超导磁体技术的坚实基础， EAST装置于是2006年建成。
由于我院的国际影响以及成都市政府的大力支持，21届世界聚变 能大会在成都召开，我院18篇报告被选中，其中包括1篇邀请报告和1 篇口头报告。这是我院取得的重大突破。
ITER的主要系统: 磁场线圈系统，真空室系统，真空 室内部件（屏蔽包层模块和偏滤器元件），低温恒温器， 水冷系统，低温站，加热和电流驱动系统，供电系统，加 料和抽气系统，氚系统，诊断系统等。
有关技术研发已基本完成。 其中：中心螺管线圈、 环向场线圈、真空室、包层模块、偏滤器、屏蔽包层模块 遥控操纵系统、偏滤器遥控操纵系统等七大关键部件的技 术难度最大。
七方成员分别为欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，包括 了世界上主要的核大国和世界人口的一半。
ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能， 从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3．国际热核实验堆（ITER）计划简介
ຫໍສະໝຸດ Baidu
等离子体“集体运 动”从模式到特征频率都异常复杂。只要存在“自由
能”，某些集 体运动模式便会激发起来并传播开去,发展成为“不稳定
性”。
SWIP
‹#›
一、等离子体的基本属性
◆等离子体存在无穷多 “自由度”，每个“自由度”都象“窗口”一样对“扰动”
敞开，导致等离子体（力学系统）极易偏离（甚至远离）自己的平衡态，但也存在许 多“渠道”使其回到新的平衡态 。这一现象使等离子体 成为非线性科学研究的主要 对象之一。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
◆氘氚聚变释放的能量: 氘和氚发生聚变后，氘核和氚核聚合生 成1个氦核和1个中子，并释放17.6Mev（其中中子携带 14.1MeV、氦核携带3.5MeV）的能量。氘氚聚变有5个核子参 加反应，而铀－235裂变有236个核子参加反应。如果按每个核
▪ 国际热核聚变实验堆(ITER)开始建设，标志着聚变能研究由基础性研究开始进入了 实验堆的研究阶段。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
2、中国受控核聚变研究
我国受控核聚变研究始于五十年代，经过近四十余年的 原理探索阶段, 进入规模化实验研究阶段。从装置规模和达 到的技术指标看, 与国外先进水平相比大体有10年左右的差 距, 聚变三乘积（即能量约束时间、等离子体密度和温度三 者的乘积）大约差1-2个数量级。
核聚变能源开发的进展与展望
核工业西南物理研究院
潘传红 2010年3月
SWIP
‹#›
报告内容
第一部分 等离子体的基本属性
第二部分 受控核聚变一般原理介绍 第三部分 等离子体物理学与核聚变工程技术研究进展 第四部分 热核工程技术与示范堆、商用堆
SWIP
‹#›
一、等离子体的基本属性
◆物质第四态，物质存在的基本形态；
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
1、环境问题与核聚变能源
能源短缺和环境恶化是21世纪人类社会面临的两大难题。目前 作为主要能源的石油、煤、天然气等储量有限，太阳能、生物 能、风能、水电等装机容量有限且受地域限制，化石能源燃烧 释放的温室气体使人类生存条件日益恶化，核能作为一种新型 能源被世界各国关注。核裂变能在50年代已得到成功应用，但 存在放射性废物处理和铀资源储量问题。核聚变能以其资源无 限与洁净，向人类展示了不可比拟的优势和前景。
▪ 九十年代以来，在托卡马克装置上取得重大进展:
1991年11月，欧共体JET装置上首次成功地进行了D-T放电实验,1997年创下了输出聚变功率16.1MW、聚 变能21.7MJ 的世界最高纪录；
美国的TFTR装置于1993年10月也实现了D-T反应；
1998年，日本JT-60U装置上获得了聚变堆级的等离子体参数，聚变三乘积～1.53×1021keV·s·m-3，等效 聚变功率增益达到1.25。
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3、国际热核实验堆（ITER）计划简介
图1. ITER装置示意图
SWIP
‹#›
三、等离子体物理学与核聚变 工程技术研究进展
3、国际热核实验堆（ITER）计划简介
2006年，七方共同签署了《国际热核实验堆联合实施协定》，ITER计 划进入实施阶段。该计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研 合作项目之一，建设周期十年，耗资五十亿美元（1998年值）。
高功率密度。通过二级加热提高和维持等离子体功率密度(高经济性能)，及大功率二级加热条件下的等 离子体物理学问题研究；
高额自举电流。产生和维持高额自举电流(是维持聚变堆稳态运行的必要条件) ，及高额自举电流条件下 等离子体物理学问题研究。
SWIP
‹#›
二、受控核聚变一般原理介绍
2、磁约束受控核聚变
（2）“聚变等离子体物理学” 研究的范围