球形托卡馬克聚變實驗裝置核聚變理論方程

❶ 核聚變要在近億度高溫條件下進行，這時所有物質都被氣化，那麼怎樣產生高熱，又用什麼裝它呢

核聚變反應堆主體是用一種球形磁場來約束的。核聚變的產生條件就需要較小的原子核發生碰撞和融合，但原子核都帶正電，原子外層都帶負電。

原子核想碰一起需要很高的能量來突破電磁力的排斥，就像讓兩塊小磁鐵同極相觸一樣（但難度不是一個量級）。溫度反映了物質內部粒子的運動能量，所以高溫下才會有可能讓高速的原子核艱難碰撞在一起。

要引發氫彈首先要引發原子彈，用原子彈核裂變產生的極高溫度才能使氫核之間劇烈碰撞而發生核聚變反應，所以一般某國家在研究兩彈時，都是先研製出原子彈，再研製出氫彈。這也是為何氫彈比原子彈殺傷力強的原因之一。

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熱核反應，或原子核的聚變反應，是當前很有前途的新能源。參與核反應的輕原子核，如氫（氕）、氘、氚、鋰等從熱運動獲得必要的動能而引起的聚變反應（參見核聚變）。熱核反應是氫彈爆炸的基礎，可在瞬間產生大量熱能，但尚無法加以利用。

如能使熱核反應在一定約束區域內，根據人們的意圖有控制地產生與進行，即可實現受控熱核反應。這正是在進行試驗研究的重大課題。受控熱核反應是聚變反應堆的基礎。聚變反應堆一旦成功，則可能向人類提供最清潔而又是取之不盡的能源。

冷核聚變是指：在相對低溫（甚至常溫）下進行的核聚變反應，這種情況是針對自然界已知存在的熱核聚變（恆星內部熱核反應）而提出的一種概念性『假設』。

這種設想將極大的降低反應要求，只要能夠在較低溫度下讓核外電子擺脫原子核的束縛，或者在較高溫度下用高強度、高密度磁場阻擋中子或者讓中子定向輸出，就可以使用更普通更簡單的設備產生可控冷核聚變反應，同時也使聚核反應更安全。

❷ 托卡馬克核聚變的基本原理

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，1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。
超導不可能束縛高速帶電粒子。假設兩個距離很近的質子，往不同方向飛出，要同時束縛這兩個質子，超導產生的磁場必須在很小的空間內有一個180度的方向改變。即便是超導體內的電子是懸浮的，也不可能實現這種磁場。磁場如果距離超導有一定的距離，不但難以在空間上發生突變，在時間上也難靈活改變。如果一個質子要飛出反應釜，磁場必須約束質子，可是質子一但改了方向，磁場要約束質子，也必須改方向。通俗地說，一個質子溜著超導體內的全部電子玩。電子本身是有質量的。電子要形成一個靈活的磁場，電子速度（速率和方向）就要不停的變。最後的結果就是超導體溫度迅速增加，超導效果消失，質子飛出反應釜。

❸ 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。

❹ 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置的研究成果

HT-7裝置1995年投入運行，經過多方面的改進和完善，裝置運行的整體性能和水平有了很大的提高。13年來，物理實驗不斷取得重大進展和突破，獲得了一系列國際先進或獨具特色的成果。
在中心等離子體密度大於2.2×1019/m3條件下，最高電子溫度超過5 000萬度；獲得可重復大於60秒(最長達到63.95秒)、中心電子溫度接近500萬度、中心密度大於0.8×1019/m3的非感應全波驅動的高溫等離子體；成功地實現了306秒的穩態等離子體放電，等離子體電流60kA，中心電子密度0.8×1019/m3，中心電子溫度約1 000萬度；2008年春季，HT-7超導托卡馬克物理實驗再次創下新紀錄：連續重復實現了長達400秒的等離子體放電，電子溫度1 200萬度，中心密度0.5×1019/m3。這是目前國際同類裝置中時間最長的高溫等離子體放電。
同時，還在HT-7上開展了石墨限制器條件下的運行模式、等離子體物理特性和波加熱、波驅動高參數等離子體物理特性以及高參數、長脈沖運行模式等世界核聚變前沿課題的研究，出色完成了國家「863」計劃和中科院重大課題研究任務。HT-7實驗的成功使中國磁約束聚變研究進入世界先進行列，也使HT-7成為世界上(EAST建成之前的)第二個全面開放的、可進行高參數穩態條件下等離子體物理研究的公共實驗平台。
EAST在2007年1-2月的第二輪等離子體放電實驗中，獲得了穩定、可控具有大拉長比的偏濾器位形等離子體放電，最大等離子體電流達0.5MA，在0.2MA等離子體電流下最長放電達9秒，並成功完成了磁體、低溫、總控和保護、等離子體控制等多項重要工程測試和物理實驗。
2016年2月，中國EAST物理實驗獲重大突破，成功實現電子溫度超過5000萬度、持續時間達102秒的超高溫長脈沖等離子體放電。這也是截至2016年2月國際托卡馬克實驗裝置上電子溫度達到5000萬度持續時間最長的等離子體放電。標志著中國在穩態磁約束聚變研究方面繼續走在國際前列。 發展目標：通過15年(2006-2020)的努力，使EAST成為我國磁約束聚變能研究發展戰略體系中最重要的知識源頭，使我國核聚變能開發技術水平進入世界先進行列。同時，積極參與國際合作，消化、吸收、掌握聚變堆關鍵科學與技術，鍛煉隊伍，培養人才，儲備技術，使得我國有能力獨立設計和建設(或參與國際合作)聚變能示範堆。
HT-7裝置是國際上正在運行的(EAST投入正式運行之前)第二大超導托卡馬克裝置，配合EAST的科學目標開展高溫等離子體的穩態運行技術和相關物理問題的研究，其穩態高參數等離子體物理實驗結果和工程技術發展對EAST最終科學目標的實現和國際聚變研究都具有重要的直接意義。
EAST的科學研究分三個階段實施：
第一階段(3-5年)：長脈沖實驗平台的建設；第二階段(約5年)：實現其科學目標，為ITER先進運行模式奠定基礎；第三階段(約5年)：長脈沖近堆芯下的實驗研究。
EAST將對國內外聚變同行全面開放，結合國內外聚變的科學、技術和人才優勢，開展磁約束聚變的科學和技術研究，培養國內磁約束聚變人才，為中國聚變能的發展奠定基礎。

❺ 托卡馬克裝置原理

TFR托卡馬克裝置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，托卡馬克的內部會產生巨大的螺旋型磁場，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。TFR托卡馬克裝置是受控核聚變研究的主要實驗裝置。

❻ 如何實現核聚變

可行性較大的可控核聚變反應裝置是托卡馬克裝置。
托卡馬克是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環性容器。它的名字Tokamak 來源於環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。最初是由位於蘇聯莫斯科的庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人在20世紀50年代發明的。
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的內部會產生巨大的螺旋型磁場，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。
我國也有兩座核聚變實驗裝置。

當四個氫原子在高溫下靠得很近時，四個質子會撞到一起時，其中兩個會發生衰變，釋放出兩個反中微子和正電子，變成中子。這兩個正電子會與原子核外電子相互湮滅，形成兩個光子；剩下的一共有兩個中子、兩個質子和兩個電子，恰好形成一個氦原子。絕大多數恆星都是通過質子的衰變而發出光芒，這在日常生活中用途也很大

❼ 「人造太陽」：全超導托卡馬克核聚變實驗裝置

看看新聞Knews綜合

2021-06-18 15:52

有「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置5月28日取得新突破，成功實現可重復的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運行，創造了托卡馬克實驗裝置運行新的世界紀錄。

❽ 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。