小型核聚變實驗裝置

1. 關於核聚變人造小太陽

中國新一代核聚變實驗裝置有望7月投入運行
新華網北京2月28日電(記者郭麗琨 俞錚)中國科學院等離子體物理研究所28日透露，該所設計製造的新一代核聚變實驗裝置預計在今年7-8月進行首次放電實驗。如果放電成功，這將是世界上第一套實際運行的核聚變實驗裝置。
中科院等離子所所長李建剛研究員在接受新華社記者采訪時說：「建設並試驗這套裝置——全超導非圓截面托卡馬克實驗裝置(EAST)，是中國開發核聚變能源的重要步驟。」

他說，裝置的總裝工作目前已基本完成，2月20日進入抽真空和降溫、通電實驗階段，預計3月份完成。在7-8月首次等離子體放電實驗成功後，將申請國家驗收。EAST將獲得5千萬至1億度高溫、存在時間達1000秒的等離子體。

李建剛說：「首次放電實驗成功後，EAST將成為世界上第一個建成並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置，這個裝置將在未來10年內保持世界先進水平。」

美國、蘇聯等國在20世紀80年代中期發起了耗資100億歐元的國際熱核實驗反應堆(ITER)計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，中國於2003年加入該計劃。中科院等離子所是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位。

據李建剛介紹，ITER的核心部分也是一個全超導非圓截面托卡馬克，因此，EAST可為ITER提供工程和物理上的預研。

李建剛說，核聚變能的開發研究已在托卡馬克類型的磁約束核聚變實驗裝置上取得了重大進展，證實了建造托卡馬克類型的熱核聚變反應堆的科學可行性，但目前仍有大量的工程技術和物理問題需要進一步研究、發展和解決，EAST的建設目的也在於此。

中科院等離子所1994年底建成中國第一台超導托卡馬克裝置HT-7，使中國成為繼俄、法、日之後第四個擁有同類實驗裝置的國家。在此基礎上，專家著手研製中國「九五」重大科學工程之一——EAST。從2003年開始，EAST開始進入總裝。據介紹，該工程立項時國家投資1.65億元人民幣。(完)

2. 受控核聚變實驗裝置是什麼裝置

如同某些重原子能發生裂變，同時釋放出巨大的能量一樣，某些輕核也能聚變成較重的核，並釋放出比裂變時大幾倍甚至幾十倍的能量。因此，輕核聚變將是人類獲得核能的另一條更有遠大前景的途徑。人們開展了很多這方面的研究，力求在人為可控的條件下將輕原子核（主要為氘、氚等）聚合成較重的原子核，同時釋放出巨大能量——這就是所謂的受控核聚變。由於氘在地球的海水中藏量豐富，多達40萬億噸，且反應產物是無放射性污染的氦，因此它具有釋放能量密度高、燃料豐富、成本低廉、與環境兼容性強、安全性好等優點。

然而由於聚變反應能夠自持進行的條件十分苛刻，要首先使燃料處於等離子體狀態，並使等離子體的溫度達到幾千萬度甚至幾億度並持續足夠長的熱能約束時間，原子核才可以克服斥力聚合在一起，所以受控核聚變的實現極其艱難。目前這方面的研究分慣性約束和磁約束兩種途徑。慣性約束是利用超高強度的激光在極短的時間內輻照靶板來產生聚變；磁約束是利用強磁場可以很好的約束帶電粒子的特性，構造一個特殊的磁容器，建成聚變反應堆。20世紀下半葉，聚變能的研究取得了重大進展，利用一種環行磁約束裝置——托卡馬克研究領先於其他途徑。

中國一直很重視這方面的研究。中國核工業西南物理學院於1986年自行研製成功托卡馬克研究裝置——「中國環流器一號」。1994年他們又研製成「中國環流器新一號裝置」，更在2002年12月研製成功「中國環流器二號A裝置」。位於中國安徽省合肥市的中國科學院等離子體物理研究所承擔的HT一7超導托卡馬克實驗在2002年至2003年冬季取得了重大進展，該裝置是將超導技術成功應用於產生托卡馬克磁場的線圈上，使得磁約束的連續穩態運行成為現實。這是受控核聚變研究的一次重大突破。中科院等離子體所的HT-7托卡馬克實驗裝置成功的實現了在低雜波驅動下電子溫度超過500萬度、中心密度大於1．0×1019／m3、長達20秒可重復的高溫等離子體放電；實現了電子溫度超過1000萬度、中心密度大於1．2×1．0 x 1019／m3、超導10秒的等離子體放電。在離子伯恩斯波和低雜波協同作用下，實現放電脈沖長度大於100倍能量約束時間、電子溫度2000萬度的高約束穩態運行；最高電子溫度超過3000萬度。

等離子所取得的重大進展表明，HT-7超導托卡馬克裝置已經成為世界上第二個放電長度達到1000倍熱能約束時間。溫度為1000萬度以上，能對穩態先進運行模式展開深入的物理和相關工程技術研究的超導裝置，在穩態高約束運行長度上已達到世界領先水平。

3. 電影中的微型核聚變反應堆有可能實現嗎

看過漫威電影《鋼鐵俠》的人們，或許都嚮往擁有那樣一身所向披靡的戰甲。但是，對於驅動戰甲的微型核聚變反應堆可能並沒有過多在意。那麼這樣一個核心的角色，現實生活中有沒有人在研究呢？

其實，即使是國外較為先進的微型核聚變技術，也還是會存在諸多限制。而且現有技術也只能將核聚變設備縮小到0.3到2米，這與電影《鋼鐵俠》中手掌心大小的“方舟反應堆”還相差甚遠。微型核反應堆要想實現應用，還有很長的路要走。

4. 熱核聚變，托卡馬克裝置

托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克版的內部會產生巨權大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

5. 鋼鐵俠那種小型核聚變裝置，人類何時才能製造出來

能量是我們人類的生存與發展的基礎，看上去人類的能量來源似乎多種多樣，比如說煤、石油、天然氣、水力、風力、太陽能、核電等等，但歸根結底，除了核電之外，人類所需的所有能量其實都來自太陽，包括我們人類從食物中獲取的能量也是如此。

遺憾的是，在後續的大量重復實驗中，研究人員均未觀測到可以確定的冷核聚變現象，因此弗萊西曼和龐斯的研究並沒有得到科學界的認可。

在此之後，陸續又有人提出多種實現冷核聚變的理論，例如在富氫環境中加熱金屬粉末、在氘氣中利用脈沖放電製造等離子體，然後讓其轟擊鈀電極等等，雖然時不時地有人聲稱在實驗中實現了冷核聚變，但是卻無一例外地拿不出令人信服的證據。

綜上所述，人類目前根本就找不到實現冷核聚變的方法，而人類目前正在研究的可控核聚變裝置的體積又無法大幅度地縮小，因此可以說，至少在可見的未來里，人類都無法製造出鋼鐵俠那種小型核聚變裝置，它只能存在於科幻作品之中。

6. 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置的裝置概況

建設背景
上世紀90年代初，庫爾恰托夫研究所所長卡托姆采夫院士致信李正武院士，表示願意贈送T-7給中國，該信被轉交到時任等離子體所所長的霍裕平院士。等離子體所認真分析了國際核聚變發展的趨向，抓住機遇，果斷決策，接收了T-7裝置，並動員和組織了全所主要的人力、財力和工程技術力量，投入裝置的建設。
T-7裝置不是簡單的引進，而是根據我們的研究和實驗要求進行了根本性改造：將原48個縱場線圈合並改造成24個，並重新設計製作了新的真空室，增加了34個新的窗口，大大改善了裝置的可接近性。為開展高功率輔助加熱和長脈沖運行實驗，設計安裝了真空室內主動水冷內襯和新的垂直場系統。建成了國內最大的低溫液氦系統和大功率電源系統等九個子系統，使一個原本不具備物理實驗功能的T-7裝置改造成能夠開展多種實驗的先進裝置--中國第一個、世界第四個超導托卡馬克HT-7。
發展過程
1990年10月，與俄協議正式生效；1991年3月，HT-7正式立項；1991年6月T-7所有部件運抵等離子體所；1993年國際上12位著名核聚變科學家組成的國際評估小組對HT-7進行評估，稱HT-7是「發展中國家最先進的托卡馬克裝置，並能進行准穩態運行，使中國核聚變研究接近世界核聚變的前沿」；1994年5月HT-7裝置建成；同年7月在勵磁控制與保護系統、電流引線和氦、氮冷卻管路等相關施工完成後，成功地進行了裝置低溫調試，最大縱場勵磁電流超過5 000A；1994年8月該裝置由中科院正式立項，納入國家大科學工程管理； 1994年12月，在完成了極向場控制系統後又進行了首次工程調試，獲得首次等離子體；HT-7在解決了包括電流引線在內的一些關鍵問題後於1995年春成功地進行了工程聯調，從此開始了裝置的實驗運行；1998年獲中科院科技進步獎一等獎；
2003年8月獲安徽省2003年度科技進步獎一等獎；2004年1月，「可控熱核聚變實驗研究獲重大突破」 被兩院院士評選為「2003年度中國十大科技進展」；2003年財政部開始對大科學工程進行績效資金考評，中科院將HT-7選為京外試點參加首批考評，成績優秀。 在HT-7成功運行的基礎上，「九五」國家重大科學工程--大型非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置HT-7U在1998年立項。
1998年7月國家計委下達投資[1998]1303號文，同意由中科院主持，中科院等離子體物理所承擔國家重大科學工程項目「HT-7U超導托卡馬克核聚變實驗裝置」 的建造；2000年10月國家計委下達計投資[2000]1656號文，同意該項目的工程開工建設。為使國內外專家易於發音、便於記憶同時又有確切的科學含義，2003年10月HT-7U正式改名為EAST(Experimental and Advanced Superconcting Tokamak)。
EAST工程歷經5年多的建設於2006年全面、優質地完成。同年9-10月和2007年1-2月EAST裝置進行了兩次放電調試，成功獲得了穩定、重復和可控的各種磁位形高溫等離子體。2007年3月1日EAST項目通過了國家發改委組織的驗收。從此，EAST--世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克正式投入運行。EAST雖然比國際熱核聚變試驗堆(ITER)小，但位形與之相似且更加靈活。ITER的建設需要10年左右，其間EAST將是國際上極少數可開展與ITER相關的穩態先進等離子體科學和技術問題研究的重要實驗平台。它的建成將使我國在人類開發核聚變能的過程中能夠做出更多的重大貢獻。

7. 核聚變試驗裝置托卡馬克的等離子體需要的高溫一千萬度如何產生的

不知道樓主問的是托卡馬克在開始運行的加熱階段還是以後理想運行態下的加熱方式內，因為一開始的加熱階容段不能說是穩態。我都說下。
托卡馬克的加熱方式有很多種：
1.歐姆加熱 利用磁場變化產生感應電動勢，進而在等離子體內形成電流，等離子體有電阻，會發生歐姆加熱，和電線通電發熱的道理一樣。
2.微波加熱 向托卡馬克內發射電磁波，電磁波加熱等離子體，和微波爐有點像。
3. 中性束加熱 向托卡馬克內注入高能粒子，高能粒子把能量傳給等離子體，實現加熱，和往洗澡水裡加熱水很像，只是中性束粒子需要先用加速器加速，所以這個用起來有點貴。
目前主要的就是這三種了，一般是先用歐姆加熱達到一定溫度，再用後面兩種，可以達到你說的溫度。

以後希望可以做到的理想運行態下：
利用聚變產生的高能粒子自身的能量維持溫度並且向外界輸送能量。

8. 可控核聚變什麼時候能夠實現核聚變火箭什麼時候能造出來

目前可以在一定程度上實現，但持續時間非常短（<1秒）

多國(包括中國)合作的ITER托卡馬克可控聚變實驗裝置計劃在2019年建成。如果順利的話，預計在2027年實現更持久、穩定的可控聚變。

聚變火箭，也分不同原理。某種意義上說，40年前就已經可以造，原理也不是很復雜——先用傳統的化學發動機把火箭送入近地軌道，然後在火箭的後面觸發核爆，把核爆產生的沖擊波和/或光能轉化為火箭加速的動力。(下圖為1967年美國做的相關裝置的實驗)

美國已經設計出一種小型核動力火箭發動機，稱為微型核反應堆發動機，大約還要6～7年可製造出來。美國宇航局表示，它在月球探測技術方面想做的主要是加速包括核能推進在內的新推進技術的研發工作。在美國宇航局2003財年預算草案中，有4650萬美元用於核推進研究；有7900萬美元用於航天器核反應堆研製。自2012年起，經過1萬小時運轉後，中國成功在「實踐9號」科學衛星上完成XIPS-20氙離子推進器的測試工作。該推進器直徑只有200毫米，重140千克。

9. 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置的基本原理

核能是能源家族的新成員，包括裂變能和聚變能兩種主要形式。裂變能是重金屬元素的核子通過裂變而釋放的巨大能量。受控核裂變技術的發展已使裂變能的應用實現了商用化，如核(裂變)電站。裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發展。聚變能是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核並釋放出的能量。目前開展的受控核聚變研究正是致力於實現聚變能的和平利用。其實，人類已經實現了氘氚核聚變--氫彈爆炸，但那是不可控制的瞬間能量釋放，人類更需要受控核聚變。維系聚變的燃料是氫的同位素氘和氚，氘在地球的海水中有極其豐富的蘊藏量。經測算，l升海水所含氘產生的聚變能等同於300升汽油所釋放的能量。海水中氘的儲量可使人類使用幾十億年。特別的，聚變產生的廢料為氦氣，是清潔和安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。這就是世界各國尤其是發達國家不遺餘力競相研究、開發聚變能的根本原因。
受控熱核聚變能的研究主要有兩種--慣性約束核聚變和磁約束核聚變。前者利用超高強度的激光在極短的時間內輻照氘氚靶來實現聚變，後者則利用強磁場可很好地約束帶電粒子的特性，將氘氚氣體約束在一個特殊的磁容器中並加熱至數億攝氏度高溫，實現聚變反應。
托卡馬克(Tokamak)是前蘇聯科學家於20世紀50年代發明的環形磁約束受控核聚變實驗裝置。經過近半個世紀的努力，在托卡馬克上產生聚變能的科學可行性已被證實，但相關結果都是以短脈沖形式產生的，與實際反應堆的連續運行有較大距離。超導技術成功地應用於產生托卡馬克強磁場的線圈上，是受控熱核聚變能研究的一個重大突破。超導托卡馬克使磁約束位形能連續穩態運行，是公認的探索和解決未來聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。目前建造超導裝置開展聚變研究已成為國際熱潮。
托克馬克從本質上說是一種脈沖裝置，因為等離子體電流是通過感應方式驅動的。但是，存在所謂的「先進托克馬克」運行的可能性，即它們可以利用非感應外部驅動和發生在等離子體內的自然的壓強驅動電流相結合而實現運行。它們需要仔細地調節壓強和約束使之最佳化。在理論和實驗上正在研究這種先進托克馬克，因為連續運行對聚變功率的產生是最有希望的，其相對小的尺寸導致比類ITER設計更經濟的電站。先進超導托克馬克實驗裝置是指裝置的環向磁場和極向磁場線圈都是超導材料繞制而成的，它可以大大節省供電功率，長時間維持磁體工作，並且可以得到較高的磁場。
等離子體物理研究所主要從事高溫等離子體物理、受控熱核聚變技術的研究以及相關高技術的開發研究工作，擔負著國家核聚變大科學工程的建設和研究任務,先後建成HT-6B、HT-6M等托卡馬克實驗裝置。1994年底，等離子體所成功地建成我國第一台大型超導托卡馬克裝置HT-7，使我國進入超導托卡馬克研究階段，研究成果引起了國際聚變界的廣泛關注。「九五」國家重大科學工程--大型非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST計劃的實施，標志著我國進入國際大型聚變裝置(近堆芯參數條件)的實驗研究階段，表明中國核聚變研究在國際上已佔有重要地位。