托卡馬克聚變實驗裝置

1. 托卡馬克核聚變的實驗裝置

「超導托卡馬克抄核聚變」實驗包括襲一個具有非圓小截面的大型超導托卡馬克實驗裝置和低溫、真空、水冷、電源及控制、數據採集和處理、波加熱、波驅動電流、診斷等子系統。其中超 導托卡馬克裝置是本項目的核心。而超導托卡馬克裝置又包括超導縱場與極向場磁體系統、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面對等離子體部件等部件。承擔各部件設計的工程技術人員，在充分集思廣益、充分發揮創新能力的基礎上,借鑒國際上同類裝置的經驗,通過一絲不苟的努力工作，目前各項工作的進展呈良性循環---設計推動了預研工作的進行，預研工作的結果又使設計得到進一步優化。 為世界近堆芯聚變物理和工程研究搭建起了一個重要的實驗平台，為我國磁約束核聚變研究的進一步發展，提升中國磁約束聚變物理、工程、技術水平和培養高水平人才奠定了堅實基礎。EAST是世界上唯一投入運行的全超導磁體的托卡馬克裝置，將為國際熱核聚變實驗堆（ITER）的建設及聚變能的發展做出了重要貢獻。

2. 托卡馬克中國先進嗎

您好，很高興回答您的問題。
托卡馬克是可控核聚變實驗裝置，現在處於實驗版室階段。這是個非常燒錢的權項目，技術水平很大程度取決於投多少錢，用了幾年時間，這方面中國在為數不多的幾個國家裡排名還是靠前的，以後隨著投入增加和技術積累，排名還會上升。至於成功的希望總還是有的，但一百年內做成的希望非常小。
希望能幫到您。

3. 什麼是托卡馬克核聚變

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)

4. 托卡馬克核聚變的研發背景

能源是社會發展的基石。以煤炭、石油、天然氣等化石能源替代柴薪的第一次能源革命帶來了社會經濟的飛速發展。然而這些寶貴的資源就這樣被燃燒掉，同時造成了嚴重的污染。據估 計，一百年後地球上的化石能源將會面臨枯竭。面對著即將來臨的能源危機，人類有了一個共同的夢想——尋求一種無限而清潔的能源來實現人類的持續發展。
托卡馬克核聚變研究舉步維艱，根本原因是輕元素原子核的聚合遠比重元素原子核的分裂困難。原子核之間的吸引力是很大的，但原子核都帶正電，又互相排斥，只有當兩個原子核之間的距離非常接近，大約相距只有萬億分之三毫米時，它們的吸引力才大於靜電斥力，兩個原子核才可能聚合到一起同時放出巨大的能量。因此，首先必須使聚變物質處於等離子狀態，讓它們的原子核完全裸露出來。然而，兩個帶正電的原子核越互相接近，它們之間的靜電斥力也越大。只有當帶正電的原子核達到足夠高的動能時，這需要幾千萬甚至幾億攝氏度的高溫，它們的碰撞才有機會使它們非常接近，以致產生聚合。
1933年，人們用加速器使原子核獲得所需的動能，在實驗室實現了核聚變。可是從這樣的核聚變中得到的能量比加速器消耗的能量要小得多，根本無法獲得增益的能量。1952年，美國用原子彈爆炸的方法產生高溫，第一次實現了大量氘、氚材料的核聚變。但這種方法的效果是，在極短時間內使核聚變釋放出巨大能量，產生強烈爆炸，即氫彈爆炸。人類要和平利用核聚變，必須是可以控制的聚變過程。核聚變反應比較切實可行的控制辦法是，通過控制核聚變燃料的加入速度及每一次的加入量，使核聚變反應按一定的規模連續或有節奏地進行。因此，核聚變裝置中的氣體密度要很低，只能相當於常溫常壓下氣體密度的幾萬分之一。另外，對能量的約束要有足夠長的時間。
二戰末期，前蘇聯和美、英各國曾出於軍事上的考慮，一直在互相保密的情況下開展對核聚變的研究。幾千萬、幾億攝氏度高溫的聚變物質裝在什麼容器里一直是困擾人們的難題。
1954年，第一個托卡馬克裝置在原蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所建成。當人們提出這種磁約束的概念後，磁約束核聚變研究在一些方面的進展順利，氫彈又迅速試驗成功，這曾使不少國家的核科學家一度對受控核聚變抱有過分樂觀的態度。但人們很快發現，約束等離子體的磁場，雖然不怕高溫，卻很不穩定。另外，等離子體在加熱過程中能量也不斷損失。經過了二十多年的努力，遠未達到當初的樂觀期望，理論上估計的等離子體約束時間與實驗結果相差甚遠。人們開始認識到核聚變問題的復雜和研究的艱難。在這種情況下，蘇、美等國感到保密不利於研究的進展，只有開展國際學術交流，才能推進核聚變的深入研究。另外，磁約束核聚變與熱 核武器在科學技術上沒有重大的重疊，而且其商業應用的競爭為時尚早。於是，1958年秋在日內瓦舉行的第二屆和平利用原子能國際會議上達成協議，各國互相公開研究計劃，並在會上展示了各種核聚變實驗裝置。自這次會議後，研究重點轉向高溫等離子體的基礎問題，從二十世紀六十年代中到七十年代，各國先後建成了很多實驗裝置，核聚變研究進入了一個新的高潮期，人們逐漸了解影響磁約束及造成能量損失的各種機理，摸索出克服這種不穩定性及能量損失的對策。隨著核聚變研究的進展，人們對受控核聚變越來越有信心。

5. 中科院等離子體物理研究所託馬克實驗裝置用於什麼實驗

托卡馬克是前蘇聯科學家於20世紀60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。受控熱核聚變能研究的一次重大突破，就是將超導技術成功地應用於產生托卡馬克強磁場的線圈上，建成了超導托卡馬克，使得磁約束位形的連續穩態運行成為現實。超導托卡馬克是公認的探索、解決未來具有超導堆芯的聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。因此，國際上正在建造的裝置都屬於超導裝置。目前，全世界僅有俄、日、法、中四國擁有超導托卡馬克。我國磁約束受控核聚變研究從五十年代末開始的小規模多途徑原理性探索研究階段已發展到近堆芯級大規模實驗階段，並逐漸形成了分工明確、優勢互補、相互促進的良好核聚變研究體系。等離子體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（圖2），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」國家重大科學工程超導托卡馬克HT-7U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。
中科院等離子體所宣布，建成了世界上第一個全超導核聚變實驗裝置，由於其模擬太陽產生能量的方式而被形容為"人造太陽"。

6. 中科院的全超導的「人造太陽」——托克馬克核聚變試驗裝置的調試運行成功，使我國在該領域的研究處於世界

可控核聚變俗稱人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。（核聚變反應主要藉助氫同位素。核聚變不會產生核裂變所出現的長期和高水平的核輻射，不產生核廢料，當然也不產生溫室氣體，基本不污染環境）人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的。科學家們希望發明一種裝置，可以有效控制「氫彈爆炸」的過程，讓能量持續穩定的輸出。科學家們把這類裝置比喻為「人造太陽」。
為實現磁力約束，需要一個能產生足夠強的環形磁場的裝置，這種裝置就被稱作「托克馬克裝置」——TOKAMAK，也就是俄語中是由「環形」、「真空」、「磁」、「線圈」的字頭組成的縮寫。早在1954年，在原蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個托卡馬克裝置。貌似很順利吧？其實不然，要想能夠投入實際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小於輸出的能量才行，我們稱作能量增益因子——Q值。當時的托卡馬克裝置是個很不穩定的東西，搞了十幾年，也沒有得到能量輸出，直到1970年，前蘇聯才在改進了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實際的能量輸出，不過要用當時最高級設備才能測出來，Q值大約是10億分之一。別小看這個十億分之一，這使得全世界看到了希望，於是全世界都在這種激勵下大幹快上，紛紛建設起自己的大型托卡馬克裝置，歐洲建設了聯合環-JET,蘇聯建設了T20（後來縮水成了T15，線圈小了，但是上了超導），日本的JT-60和美國的TFTR（托卡馬克聚變實驗反應器的縮寫）。這些托卡馬克裝置一次次把能量增益因子（Q）值的紀錄刷新，1991年歐洲的聯合環實現了核聚變史上第一次氘－氚運行實驗，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚變反應持續了2秒鍾，獲得了0.17萬千瓦輸出功率，Q值達0.12。1993年，美國在TFTR上使用氘、氚1：1的燃料，兩次實驗釋放的聚變能分別為0.3萬千瓦和0.56萬千瓦，Q值達到了0.28。1997年9月，聯合歐洲環創1.29萬千瓦的世界紀錄，Q值達0.60，持續了2秒。僅過了39天，輸出功率又提高到1.61萬千瓦， Q值達到0.65。三個月以後，日本的JT－60上成功進行了氘－氘反應實驗，換算到氘－氚反應，Q值可以達到1。後來，Q值又超過了1.25。這是第一次Q值大於1，盡管氘-氘反應是不能實用的（這個後面再說），但是托卡馬克理論上可以真正產生能量了。在這個大環境下，中國也不例外，在70年代就建設了數個實驗托卡馬克裝置——環流一號（HL-1）和CT-6，後來又建設了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建了環流2號。有種說法，說中國的托卡馬克裝置研究是從俄羅斯贈送設備開始的，這是不對的，HT6/HL1的建設都早於俄羅斯贈送的HT-7系統。HT-7以前，中國的幾個設備都是普通的托卡馬克裝置，而俄羅斯贈送的HT-7則是中國第一個「超脫卡馬克」裝置。什麼是「超脫卡馬克裝置」呢？回過頭來說，托卡馬克裝置的核心就是磁場，要產生磁場就要用線圈，就要通電，有線圈就有導線，有導線就有電阻。托卡馬克裝置越接近實用就要越強的磁場，就要給導線通過越大的電流，這個時候，導線里的電阻就出現了，電阻使得線圈的效率降低，同時限制通過大的電流，不能產生足夠的磁場。托卡馬克貌似走到了盡頭。幸好，超導技術的發展使得托卡馬克峰迴路轉，只要把線圈做成超導體，理論上就可以解決大電流和損耗的問題，於是，使用超導線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超脫卡馬克。目前為止，世界上有4個國家有各自的大型超脫卡馬克裝置，法國的Tore－Supra，俄羅斯的T-15，日本的JT-60U，和中國的EAST。除了EAST以外，其他四個大概都只能叫「准超托卡馬克」，它們的水平線圈是超導的，垂直線圈則是常規的，因此還是會受到電阻的困擾。此外他們三個的線圈截面都是圓形的，而為了增加反應體的容積，EAST則第一次嘗試做成了非原型截面。此外，在建的還有德國的螺旋石-7，規模比EAST大，但是技術水平差不多。

7. 2007年3月1日，國家重大科學工程項目「EAST超導托卡馬克核聚變實驗裝置」在合肥順利通過了國家發改委組織

（1）根據電荷數守恆抄和質量數守恆知，A中應為