托克馬克實驗裝置偏濾器

❶ 求一篇關於核聚變的文章

人造太陽——擋不住的誘惑Comments>>
科學松鼠會 發表於 2011-06-05 09:05
萬物生長靠太陽，人類生存自然也離不開太陽。我們生火煮飯的柴草來自太陽，水力發電來自太陽，汽車里燃燒的汽油來自太陽……實際上，迄今為止，除了核能以外，我們使用的所有能源幾乎都來自太陽。太陽像所有的恆星一樣進行著簡單的熱核聚變，向外無休止地輻射著能量。
我們現今所使用的能源，有些直接來自太陽，有些是太陽能轉化的能源，像水能、風能、生物能，有些是早期由太陽能轉化來的一直儲存在地球上的能源，像煤炭、石油這樣的化石燃料。人類社會發展到今天，僅靠太陽給予的可用能源已經不夠用了。人類能源消耗快速增加，水能的開發幾近到達極限，風能、太陽能無法形成規模。我們今天使用的主要能源是化石燃料，再有100多年即將用盡。人們還抱怨化石燃料對大氣造成了污染，增加了溫室氣體。要知道它們是太陽和地球用了上億年才形成的，但只夠人類使用三四百年，而且它們是不可再生的。另外，煤炭、石油等是人類重要的自然資源，作為燃料燒掉是非常可惜的。人們無不擔心，煤和石油燒完了，而其他能源又接替不上該怎麼辦？能源危機開始困擾著人類，人們一直在尋找各種可能的未來能源，以維持人類社會的持續發展。
造一個太陽
細心的人會發現，在元素周期表中，雖然元素是由質子和中子成對增加依次構成的，但是原子的重量卻不是按質子和中子的增加而等量增加的。在較輕的原子中，質子和中子的重量偏重，如果兩個輕的原子合成一個重原子，兩個輕原子的原子量之和往往重於合成的重原子。同樣，在較重的原子中，質子和中子的重量也偏重，一個重原子分裂為兩個輕原子，重原子的原子量一般重於兩個輕原子之和。只是在鐵元素附近的原子中，質子和中子的重量偏輕。由此可見，在原子核反應中，質量是不守恆的，即出現了所謂的質量虧損。這些質量到哪裡去了呢？按照愛因斯坦的質能關系公式E=mc2，虧損的質量轉換為能量，由於c2是個巨大的系數，很小的質量就可釋放出巨大的能量。科學家正是基於這一點，利用重金屬的核裂變製造出了原子彈，利用輕元素的核聚變製造出了氫彈。
原子彈和氫彈的巨大威力令人懼怕，同時也讓人們興奮，因為原子中蘊藏的能量太大了，能否利用這種能源是人們自然想到的問題。原子彈和氫彈中的巨大能量是在瞬間釋放出來的，而要作為常規能源使用，就必須實現可控制的核裂變和核聚變。對於核裂變來說，控制起來相對比較容易，裂變核電站早已經實現商業運行。但能用來產生核裂變的鈾235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長壽命的放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發展。
對人們來說，最具誘惑力的自然是核聚變，它的單位質量產生的能量比核裂變還要大幾倍。實際上，宇宙中最常見的就是氫元素的聚變反應，所有的恆星幾乎都在燃燒著氫，因為氫是宇宙中最豐富的元素。氫的聚變反映在太陽上(還有少量其他核聚變)已經持續了近50億年，至少還可以再燃燒50億年。氫在地球上也是非常豐富的，每個水分子中都有2個氫原子，但最容易實現的聚變反應是氫的同位素—氘與氚的聚變(氫彈就是這種形式的聚變)。氘和氚發生聚變後，2個原子核結合成1個氦原子核，並放出1個中子和17.6兆電子伏特能量。就氘來說，它是海水中重水(水分子為H2O，重水為D2O，只佔海水中的一小部分)的組成元素，海水中大約每6500個氫原子中有1個氘原子。每升水約含30毫克氘(產生的聚變能量相當於300升汽油)，其儲量就多達40萬億噸。一座1000兆瓦的核聚變電站，每年耗氘量只需304公斤，海水中的氘足夠人類使用上百億年，這就比太陽的壽命還要長了，更不要說再使用氫了。另外，除氚具有放射性危險之外，氘-氚聚變反應不產生長壽命的強放射性核廢料，其少量放射性廢料也很快失去放射性。氘-氘反應沒有任何放射性。可以說氫及其同位素的聚變反應是一種高效清潔的能源，而且真正是用之不絕。既然恆星上都在進行著這樣的核聚變，地球上也不缺這種核聚變的原料，只要實現可控的核聚變，就可以造出一個供人們永久使用的「太陽」。實際上，自從人們揭開太陽燃燒的秘密以來，就一直希望模仿太陽在地球上實現核聚變從而為人類提供無盡的能源。盡管50多年過去了，人們只見到了氫彈的爆炸，而沒有看到一座核聚變發電站的出現，但它誘人的前景依然是人們心中一個割捨不去的夢。
比想像的要難
在太陽上由於引力巨大，氫的聚變可以自然地發生，但在地球上的自然條件下卻無法實現自發的持續核聚變。在氫彈中，爆發是在瞬間發生並完成的，可以用一個原子彈提供高溫和高壓，引發核聚變，但在反應堆里，不宜採用這種方式，否則反應會難以控制。
根據核聚變發生的機理，要實現可控制的核聚變實際上比造個太陽要難多了。我們知道，所有原子核都帶正電，兩個原子核要聚到一起，必須克服靜電斥力。兩個核之間靠得越近，靜電產生的斥力就越大，只有當它們之間互相接近的距離達到大約萬億分之三毫米時，核力(強作用力)才會伸出強有力的手，把它們拉到一起，從而放出巨大的能量。要使它們聯起手來並不難，難的是既要讓它們有拉手的機會又不能讓他們過於頻繁地拉手。要使它們有機會拉手，就要使粒子間有足夠的高速碰撞的機會，這可以增加原子核的密度和運動速度。但增加原子核的密度是有限制的，否則一旦反應加速，自身放出的能量會使反應瞬間爆發。據計算，在維持一定的密度下，粒子的溫度要達到1～2億度才行，這要比太陽上的溫度(中心溫度1500萬度，表面也有6000度)還要高許多。但這樣高的溫度拿什麼容器來裝它們呢？
這個問題並沒有難倒科學家，20世紀50年代初，蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出磁約束的概念。蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所的阿奇莫維奇按照這樣的思路，不斷進行研究和改進，於1954年建成了第一個磁約束裝置。他將這一形如麵包圈的環形容器命名為托卡馬克(tokamak)。托卡馬克是「磁線圈圓環室」的俄文縮寫，又稱環流器。這是一個由封閉磁場組成的「容器」，像一個中空的麵包圈，可用來約束電離了的等離子體。我們知道，一般物質到達10萬度時，原子中的電子就脫離了原子核的束縛，形成等離子體。等離子體是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成的氣體，整體是電中性的。在磁場中，它們的每個粒子都是顯電性的，帶電粒子會沿磁力線做螺旋式運動，所以等離子體就這樣被約束在這種環形的磁場中。這種環形的磁場又叫磁瓶或磁籠，看不見，摸不著，也不接觸有形的物體，因而也就不怕什麼高溫了，它可以把炙熱的等離子體托舉在空中。

人們本來設想，有了「麵包爐」，只需把氘、氚放入爐內加火烤制，把握好火候，能量就應該流出來。其實不然，人們接著遇到的麻煩是，在加熱等離子體的過程中能量耗散嚴重，溫度越高，耗散越大。一方面，高溫下粒子的碰撞使等離子體的粒子會一步一步地橫越磁力線，攜帶能量逃逸；另一方面，高溫下的電磁輻射也要帶走能量。這樣，要想把氘、氚等離子體加熱到所需的溫度，不是件容易的事。另外，磁場和等離子體之間的邊界會逐漸模糊，等離子體會從磁籠里鑽出去，而且當約束等離子體的磁場一旦出現變形，就會變得極不穩定，造成磁籠斷開或等離子體碰到聚變反應室的內壁上。

步步逼近
托卡馬克中等離子體的束縛是靠縱場(環向場)線圈，產生環向磁場，約束等離子體，極向場控制等離子體的位置和形狀，中心螺管也產生垂直場，形成環向高電壓，激發等離子體，同時加熱等離子體，也起到控制等離子體的作用。
幾十年來，人們一直在研究和改進磁場的形態和性質，以達到長時間的等離子體的穩定約束；還要解決等離子體的加熱方法和手段，以達到聚變所要求的溫度；在此基礎上，還要解決維持運轉所耗費的能量大於輸出能量的問題。每一次等離子體放電時間的延長，人們都為之興奮；每一次溫度的提高，人們都為之歡呼；每一次輸出能量的提高，都意味著我們離聚變能的應用更近了一步。盡管取得了很大進步，但障礙還是沒有克服。到目前為止，托卡馬克裝置都是脈沖式的，等離子體約束時間很短，大多以毫秒計算，個別可達到分鍾級，還沒有一台托卡馬克裝置實現長時間的穩態運行，而且在能量輸出上也沒有做到不賠本運轉。
為了維持強大的約束磁場，電流的強度非常大，時間長了，線圈就要發熱。從這個角度來說，常規托卡馬克裝置不可能長時間運轉。為了解決這個問題，人們把最新的超導技術引入到托卡馬克裝置中，也許這是解決托卡馬克穩態運轉的有效手段之一。目前，法國、日本、俄羅斯和中國共有4個超導的托卡馬克裝置在運行，它們都只有縱向場線圈採用超導技術，屬於部分超導。其中法國的超導托卡馬克Tore-Supra體積較大，它是世界上第一個真正實現高參數准穩態運行的裝置，在放電時間長達120秒的條件下，等離子體溫度為2000萬度，中心粒子密度每立方米1.5×1019個。中國和韓國正在建造全超導的托卡馬克裝置，目標是實現托卡馬克更長時間的穩態運行。
50年來，全世界共建造了上百個托卡馬克裝置，在改善磁場約束和等離子體加熱上下足了功夫。在上世紀70年代，人們對約束磁場研究有了重大進展，通過改變約束磁場的分布和位形，解決了等離子體粒子的側向漂移問題。世界范圍內掀起了托卡馬克的研究熱潮。美國、歐洲、日本、蘇聯建造了四個大型托卡馬克，即美國1982年在普林斯頓大學建成的托卡馬克聚變實驗反應堆(TFTR)，歐洲1983年6月在英國建成更大裝置的歐洲聯合環(JET)，日本1985年建成的JT-60，蘇聯1982年建成超導磁體的T-15，它們後來在磁約束聚變研究中做出了決定性的貢獻。特別是歐洲的JET已經實現了氘、氚的聚變反應。1991年11月，JET將含有14%的氚和86%的氘混合燃料加熱到了攝氏3億度，聚變能量約束時間達2秒。反應持續1分鍾，產生了1018個聚變反應中子，聚變反應輸出功率約1.8兆瓦。1997年9月22日創造了核聚變輸出功率12.9兆瓦的新記錄。這一輸出功率已達到當時輸入功率的60%。不久輸出功率又提高到16.1兆瓦。在托卡馬克上最高輸出與輸入功率比已達1.25。
中國的核聚變研究也有較快的發展，西南物理研究院1984年建成中國環流器一號(HL-1)，1995年建成中國環流器新一號。中國科學院等離子體物理研究所1995年建成超導裝置HT-7。HT-7是前蘇聯無償贈送給中國的一套縱向超導的托卡馬克實驗裝置，經等離子體物理研究所的不斷改進，它已成為一個寵大的實驗系統。它包括HT-7超導托卡馬克裝置本體、大型超高真空系統、大型計算機控制和數據採集處理系統、大型高功率脈沖電源及其迴路系統、全國規模最大的低溫氦製冷系統、兆瓦級低雜波電流驅動和射頻波加熱系統以及數十種復雜的診斷測量系統。在十幾次實驗中，取得若干具有國際影響的重大科研成果。特別是在2003年3月31日，實驗取得了重大突破，獲得超過1分鍾的等離子體放電，這是繼法國之後第二個能產生分鍾量級高溫等離子體放電的托卡馬克裝置。在HT-7的基礎上，等離子體物理研究所研製和設計了全超導托卡馬克裝置HT-7U(後來名字更改為EAST，Experimental Advanced Superconcting Tokamak)。

EAST或者稱「實驗型先進超導托卡馬克」，是一台全超導托卡馬克裝置，受到國際同行的矚目。國際專家普遍認為，EAST可能將成為世界上第一個可實現穩態運行、具有全超導磁體和主動冷卻第一壁結構的托卡馬克。該裝置有真正意義的全超導和非圓截面特性，更有利於科學家探索等離子體穩態先進運行模式，其工程建設和物理研究將為「國際熱核聚變實驗堆」(ITER)的建設提供直接經驗和基礎。
為了達到聚變所要求的條件，托卡馬克已經變為一個高度復雜的裝置，十八般武藝全用上了，其中有超大電流、超強磁場、超高溫、超低溫等極限環境，對工藝和材料也提出了極高的要求，從堆芯上億度的高溫到線圈中零下269度的低溫，就可見一斑。
合作之路
從上個世紀50年代初，美國和蘇聯分別開始秘密地研究可控的核聚變，因為核聚變反應堆不僅可以獲取用之不絕的能源，還可以用作穩定的中子源，例如可用來生產核裂變原料。但理論研究和實驗技術上遇到一個又一個難以逾越的障礙，不久獨立進行研究的各國就認識到這件事並不容易，只有開展廣泛的國際合作才是加速實現核聚變能利用的可行之路。隨後逐漸相互公開研究資料和進展，開始了合作之路。即使在冷戰時期，其他核技術都是相互保密的，惟獨熱核聚變技術是相互公開的。
1985年，美國總統里根和蘇聯總統戈爾巴喬夫，在一次首腦會議上倡議開展一個核聚變研究的國際合作計劃，要求「在核聚變能方面進行最廣泛的、切實可行的國際合作」。戈爾巴喬夫、里根和法國總統密特朗後來又進行了幾次高層會晤，支持在國際原子能機構主持下，進行國際熱核實驗反應堆，即ITER的概念設計和輔助研究開發方面的合作。

1987年春，國際原子能機構總幹事邀請歐共體、日本、美國和加拿大、蘇聯的代表在維也納開會，討論加強核聚變研究的國際合作問題，並達成協議，四方合作設計建造國際熱核實驗堆，並由此誕生了第一個國際熱核實驗堆的概念設計計劃。計劃將於2010年建成一個實驗堆，預期產生熱功率1500兆瓦、等離子體電流2400萬安培，燃燒時間可達16分鍾。
隨後，由於蘇聯的解體，計劃受到很大影響，1999年美國的退出使ITER計劃雪上加霜。日本和歐共體國家於是成為支持國際磁約束聚變研究計劃的主體力量。經過多年的努力，ITER工程設計修改方案也終於在2001年6月圓滿完成。
根據計劃，首座熱核反應堆總造價為約40億歐元。聚變功率至少達到500兆瓦。等離子體的最大半徑6米，最小半徑2米，等離子體電流1500萬安培，約束時間至少維持400秒。未來發展計劃包括一座原型聚變堆在2025年前投入運行，一座示範聚變堆在2040年前投入運行。
2003年2月18日，美國宣布重新加入這一大型國際計劃，中國也於前一個月正式加入該項計劃的前期談判。19日，國際熱核實驗反應堆計劃參與各方在俄羅斯聖彼得堡決定，將於2013年前在日本、西班牙、法國和加拿大四國中的一個國家中建成世界上第一座熱核反應堆。
2003年12月20日在華盛頓召開的一次非常熱鬧的會議上出現了兩軍對壘的形勢：歐盟、中國和俄羅斯主張把反應堆建在法國的卡達拉齊（Cadarache），而美國、南朝鮮和日本則主張建在日本的六所村。因為沒有選擇加拿大作為反應堆候選國，加拿大政府隨後宣布，由於缺乏資金退出該項目。

最終的ITER參與國
ITER的相關會議確定，反應堆所在國出資48%，其他國家各出資10%。經過各項細節談判，2007年反應堆終於在法國南部的卡達拉齊開始動工建造。

盡管ITER計劃採用了最先進的設計，綜合了以往的經驗和成果，比如採用全超導技術，但它的確還面臨重重挑戰。即使它能如期在2018年如期建成，這個10層樓高的龐大機器能否達到預期目標也還是個未知數。諸如探索新的加熱方式與機制為實現聚變點火，改善等離子體的約束性能，反常輸運與漲落現象研究等前沿課題，偏濾器的排灰、大破裂的防禦、密度極限、長脈沖H-模的維持、中心區雜質積累等工程技術難關還有待於各國科技工作者群力攻關。即使對ITER的科學研究真的成功了，聚變發電站至少還要30～50年以後才能實現。
盡管如此，我們還是看到了人造太陽露出的晨曦

❷ 如果太陽熄滅，人造太陽對人類有什麼好處呢

在美國加利福尼亞州的利弗莫爾國家實驗室國家點火裝置(NIF)建設地點，科學家正在向建全球首個可持續聚變反應堆----被稱為「人造太陽」的目標邁進。

這位發言人說：「要想發生核聚變燃燒與增益，首先必須『點燃』由氫的同位素氘和氚構成的特殊燃料。20世紀70年代，科學家開始利用強大的激光束進行試驗，壓縮和加熱氫的同位素，使其達到它們的熔點，這一技術被稱作慣性約束核聚變。利用激光束快速加熱，導致目標物的最外層發生爆炸。根據牛頓的第三定律，目標物的剩餘部分在強烈內爆的驅使下，內部的燃料受壓縮，形成一個沖擊波，這會進一步加熱中心區域的燃料，導致可持續性燃燒，即已知的點火。」

計算機自動控制集成系統所在地國家點火裝置控制室，是模仿德克薩斯州休斯頓美國宇航局的任務控制中心建設的，它是有史以來為科學儀器設計的最復雜的自動控制系統之一。國家點火裝置的一位發言人說：「它的850台電腦使激光束的間隔不超過50微米。」

核裂變能是核電站採用的形式，迄今為止它已引發了眾多事故，例如1986年的切爾諾貝利核泄漏事故。然而核聚變能與前者不同，它不僅安全，而且相對還很環保。國家點火裝置的一位發言人說：「盡管核聚變是一種核子過程，但是它與裂變過程不同，因為核聚變反應不產生放射性副產品。核聚變能非常有希望成為一種長期的未來能源，因為核聚變所需的燃料在地球上比較豐富，而且它產生的能源比較安全和環保。」

這位發言人說：「氘是從海水裡萃取出來的，氚來自金屬鋰，這是土壤里的一種常見元素。一加侖海水可提供相當於300加侖汽油產生的能量，50杯海水產生的燃料所含的能量，相當於2噸煤。核聚變電站將不會產生碳，而且生成的放射性副產品也比當前的核電站更少，儲存方法也更簡單。核聚變電站的核反應堆失控或『坍塌』，也不會造成危險。因此，核聚變能將對環境和經濟都有利。國家點火裝置只是第一步，要達到這個目標，科研人員還要進行更多研究和技術開發工作。」

❸ 人造太陽有什麼最新進展

截止2020年7月28日，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式在法國該組織總部舉行。

「國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃」是目前全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，建造約需10年，耗資50億美元（1998年值）。

2006年5月，經國務院批准，中國ITER談判聯合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計劃協定。

(3)托克馬克實驗裝置偏濾器擴展閱讀

一直以來，中核集團高度重視「人造太陽」核心部件安裝工作，多次對項目進展相關工作進行部署，對ITER組織疫情防控工作表示關切，並對ITER組織捐贈防疫物品。在開工儀式現場，中核集團聯合體全體建設者表示，中核集團將勇於擔當，發揮科研創新和工程建設等優勢，與國際同行齊心協力，有信心保質保量完成任務，為「人造太陽」順利推進貢獻中國智慧和中國力量。

2019年9月，中核集團中國核電工程有限公司牽頭的中法聯合體正式與ITER組織簽訂了TAC-1安裝合同。TAC-1安裝標段工程是ITER托卡馬克裝置最重要的核心設備安裝工程，其重要性相當於核電站的反應堆、人體的心臟。

❹ EAST的EAST項目進展

1993年10月，以歐共體聚變部名譽主任帕侖布教授為首的來自國際上各大核聚變實驗室的12位著名聚變科學家，對等離子體所當時正在建設的HT-7超導托卡馬克裝置和研究所聚變研究發展戰略進行了評議，等離子體所在會上第一次提出分三階段實施聚變科學研究的計劃。
1994年底，中科院基礎局邀請6位院士和8位專家在合肥召開了「HT-7U超導托卡馬克計劃座談會」，HT-7U計劃首次較正式提出。
1996年初，部分兩院院士在北京京西賓館對「九五」國家重大科學工程項目進行初步評估，HT-7U裝置建設第一次得到國家級專家的贊同並被列入前十位項目中。
1997年6月，國家科技領導小組批准中國科學院關於「HT-7U大科學工程項目立項」的申請，該項目正式進入國家重大科學工程項目的立項操作程序。
1997年10月，國家計委委託中科院主持召開「HT-7U工程項目建議書專家評估會」；該項目的建設方案和計劃獲得與會專家的好評。
1998年4月10-11日，HT-7U正式通過了國家計委委託中國國際工程咨詢公司主持召開的HT-7U項目建議書專家評估會的評估論證。
1998年7月8日，國家計委正式批復HT-7U項目建議書（計投資[1998]1303號文），同意由中國科學院主持，中科院等離子體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，投資1.65億元。
1998年10月，HT-7U可行性研究報告通過了中科院基建局主持的專家評估會。
1998年12月，HT-7U可行性報告被批准。
1999年10月，HT-7U擴初設計和概算被批准 。
2000年10月，國家計委正式批准HT-7U開工建設（計投資[2000]1656號文）。
2000年11月4日，來自俄羅斯的2號製冷機經過一年的改造，在為超導線圈實驗供冷的首輪調試中一次獲得成功。4日凌晨1時，製冷機降至氦液化溫度並生產出液氦。
2001年5月31日，HT-7U主機的兩個大部件--外真空、真空室本體的外協加工合同舉行了簽字儀式（右圖），標志著HT-7U主機正式進入加工製造階段。
2001年8月20日，HT-7U電流引線裝入實驗杜瓦（左圖）。
2001年8月22日，HT-7U縱場線圈的重要加工設備—XK2425/IB數控龍門銑 （武漢機床廠提供）經過安裝、調試，成功通過驗收（右圖）。縱場超導磁體的最外面是一個設計尺寸精度高，體積大、超薄、槽深、全焊接的大型D形截面線圈盒。通過外協單位加工的線圈盒焊接毛坯件在放入一次VPI處理的縱場線圈後經過封焊，將在數控機床上進行精加工。
2001年8月26日，HT-7U的600米CICC啞導體試製成功。
2001年10月29日，HT-7U大型超導模型線圈（左 圖）實驗成功。22日晚7:00超導實驗系統開始降溫，27日2:20進入超導狀態，14:00模
型線圈達到接近工作溫度的5.5k，14:20模型線圈開始進行多種模式的加電流實驗，28日連續進行的大電流、較大電流變化率等實驗均獲得成功，各系統工作狀態基本正常。
2001年11月27-28日，經過現場測試，VPI-1000型環氧樹脂真空-壓力浸漬設備（右圖）已達到並優於合同規定的各項技術指標，順利通過設備驗收。2002年2月6日，HT-7U第一餅1：1的代用料縱場線圈繞制完畢（左圖）。
2002年3月11日，HT-7U第一根用於超導縱場線圈的604米的CICC導管順利誕生。20日該導體壓方成型（右圖）。HT-7U需要生產58根，長32公里的導體，共有2900多個接頭。為了確保接頭質量，使用了六種檢測方法(X光、超聲、著色、內窺鏡加塞規、真空檢漏和打壓)，嚴格按要求逐一對接頭進行檢測。為解決纜線從要求1毫米間隙的600米長管中穿過，特別設計了一種小直徑的拉繩卡頭，獲得了國家專利權。CICC導體預壓成形的工藝通過不斷摸索實踐，最終達到了0.1毫米的尺寸控制精度。
2002年4月3日，HT-7U超導中心螺管模型線圈成功脫模，標志著中心螺管模型線圈VPI成功結束。
2002年4月9日，HT-7U第二根600米CICC導體完成穿纜後順利壓方成型。
2002年7月13日，龍門結構CICC導體予彎成型機已開始繞制TF002A線圈（左圖），它可與懸臂結構成型機同時進行繞制，繞線進度能提高一倍。
2002年8月21日，繞線車間第一條生產線的懸臂結構CICC導體予彎成型機上的TF001B下線。8月27日，第二條生產線的龍門結構CICC導體予彎成型機上的TF002A線圈下線（右圖）。
2002年12月9日，HT-7U超導線圈VPI設備—4200型環氧樹脂真空壓力浸漬設備通過驗收（左圖）。這套為HT-7U專門研製的設備，是國內第一套集真空、壓力、澆注功能於一體的VPI設備，是國內目前最大的真空壓力澆注設備，也是同類設備中技術要求最高、技術含量最高的VPI設備。它具有高真空度，較先進的薄膜脫氣，安全、易控、均溫的導熱油加熱系統和性能可靠，自動化程度高的液壓、錯齒、氟橡膠密封結構。該設備在沈陽出廠前已進行了嚴格的檢驗，並獲得了壓力容器合格證。
2003年3月16日，HT-7U縱場啞纜線圈完成VPI固化（右圖）。2003年5月12日，HT-7U第一個縱場線圈VPI處理成功。VPI處理成功後的縱場線圈，外觀規整，色澤透明。其整體性，絕緣強度，尺寸誤差等完全符合設計要求。
2003年5月12日，HT-7U取得了重大進展――第一個超導中心螺管原型線圈（左圖為電腦設計圖）成功通過性能測試。中心螺管線圈是HT-7U最關鍵的部件，其作用是通過快速磁通變化產生初始階段的等離子體電流。「五一」期間在實驗杜瓦內安裝連接了超導中心螺管線圈。6日實驗系統開始降溫。11日達到超導工作溫區後開始了性能測試。由於性能測試必須在快速變化的大電流條件下完成，對失超保護技術、電源及其控制技術、低溫、真空以及測量等都提出了很高的要求。12日完成了全部預期的性能測試，獲得了一系列鼓舞人心的重要結果。實驗顯示極向場電源系統完全達到設計要求，為未來HT-7U裝置的成功運行奠定了堅實基礎。這次實驗的成功表明HT-7U難度最大，最具挑戰性的超導中心螺管線圈已經全面達到了設計要求。
2003年6月30日-7月7日，HT-7U成功進行了縱場原型線圈超導電磁性能、機械性能、熱工水力性能測試（右圖）。經過100小時的降溫，線圈成功進入超導狀態。此後模擬HT-7U裝置縱場的工作條件，分別進行了縱場原型線圈在14.3千安和16千安電流下的超導實驗，並在6.8K溫度下測試了該線圈的失超電流。結果顯示，線圈的性能達到設計參數，完全滿足未來HT-7U運行的要求。HT-7U的縱場線圈外形為D型，共16個，沿環向排列組成縱場線圈系統，提供穩定的環形磁場以約束等離子體。
2003年7月28日，HT-7U超大型的第3台繞線機正式投入生產（左圖）。
2003年8月7日，HT-7U的TF005超導磁體開始性能測試實驗。
2003年10月，項目名稱由HT-7U改為EAST。
2003年10月10-11日，25名來自英、德、美、日、俄、法、印等國的著名聚變研究所所長和國際聚變研究組織負責人以及「國際熱核聚變試驗堆」計劃負責人組成的國際顧問委員會對EAST進行了考察評估。專家們認為：EAST將是一個對世界聚變研究產生重要影響的先進科學設備、是世界上第一個同時具有全超導磁體和靈活的冷卻結構的托卡馬克，能實現穩態運行。EAST是中國聚變研究向前邁出的一大步，使中國新一代聚變研究人才的培養取得了巨大成功。EAST具有先進的等離子體形狀(非圓截面)、偏濾器功率和雜質處理能力，能開展穩態條件下的關鍵物理和工程問題研究，與聚變堆和ITER的建設直接相關。
2003年10月15日，EAST第一個極向場大線圈完成繞制。
2004年3月2日，EAST第一個極向場大偏濾線圈完成繞制。
2004年3月30日，EAST極向場超導大線圈的真空壓力浸漬獲得成功（左圖）。這是一項高技術、高難度、高風險的創新性工作，屬國內首創。該項目的研製成功，標志著EAST大科學工程重大技術難題又一次獲得突破。
2004年4月1日，EAST首件縱場超導磁體通過專家評審組的驗收（右圖）。該大型D形超導磁體為EAST裝置的TF3號縱場磁體。研製過程中採用了多種屬國內創新性的關鍵技術和獨到工藝。經嚴格檢驗表明磁體質量優良,完全達到了設計指標要求。該磁體打研製填補了國內大型超導磁體的空白，為國際聚變界做出了重要貢獻。研究中取得的經驗和教訓，為以後的ITER(國際熱核聚變試驗堆)積累了寶貴的經驗。
2004年6月12日，隨著最後一根管內鎧裝電纜超導導體(CICC)的收纜成功，CICC生產線高質量地完成EAST所需的全部CICC導體。
2004年9月2日，由蕪湖造船廠研製加工的EAST的核心部件、超導磁體最重要的結構部件之一--超導縱場線圈盒焊接坯件通過了驗收。蕪湖造船廠已經完成了所承擔的EAST所有坯件的加工，比原計劃提前了4個月零10天（左圖為2002年6月18日縱場線圈盒在蕪湖造船廠正式開工）。經過多次成型和焊接工藝實驗，攻克了316LN超低碳高氮無磁不銹鋼的大面積施焊、大型復雜輪廓焊接組件的焊接應力消除及變形控制等大量的重大工藝技術難關，填補了國內的空白，達到了國際先進水平，對EAST的建設做出了重要貢獻。
2004年9月底，EAST按工程進度要求高質量完成了全部34個縱場線圈，7個中心螺管線圈，4個極向場大線圈，4個偏濾器線圈和2個試驗線圈，總共51個大型超導線圈的繞制任務，線圈外形尺寸偏差小於1.5毫米，達到了國際先進水平。
2004年10月14日，EAST組成的驗收小組赴上海鍋爐廠核化公司 ，對完成加工的EAST外真空杜瓦的中環、封頭兩組件的檢驗數據報告和表面處理狀況進行了檢查復核（右圖）。驗收組認為，杜瓦兩組件的總體質量優良，達到了設計要求 ，尤其在窗口位置和分度等精度控制方面達到較高水平，同意驗收。
2005年3月18日，EAST順利完成第九個TF線圈的套裝，開始第四組縱場線圈預組裝（16個TF線圈，共分四組預裝）。
2005年8月22日，EAST重達15.7噸的中心螺管組件和重8.7噸的上部偏濾線圈安裝到位（左圖）。
2006年1月，EAST完成了預總裝，2月20日進入抽真空和降溫、通電實驗階段。
2006年3月13日21點55分，EAST第12號極向場線圈通電獲得成功（右圖為通電實驗波形圖）。本次實驗目的是檢測磁體、線圈盒、傳輸線等部分的熱工水力特性，失超檢測對極向場線圈補償調試，電磁測量系統調試，接頭電阻調試以及極向場電源控制系統優化等等。採集到的實驗數據顯示，12號極向場線圈首次通電的最大電流為1千安，通電時間為45秒，上升、下降率為50安/秒。實驗中對12號和14號極向場磁體共進行了22次通電實驗。參加本次實驗的有真空、低溫、極向場電源、縱場電源、技術診斷、電磁測量、水電供給、總控等8大系統，各系統不同程度地達到了實驗目標。次日起對其餘的極向場線圈分別進行通電實驗，成功後將進行極向場線圈整體通電實驗，並進行縱場線圈通電實驗。
2006年3月17日，EAST完成了首次工程調試（左圖）。首次工程調試的主要目的是檢驗主機的性能以及相關分系統的能力，探索未來可行的運行模式，測量主機和主要分系統的關鍵技術參數，驗證各種安全保護系統的可靠性，為成功運行提供必要的數據和積累經驗。在調試中，最受關注的低溫調試和磁體通電測試獲得圓滿成功。在真空和低溫條件就位後，從3月13日到3月17日對縱場磁體和12個極向場磁體分別進行了260次通電測試。最長通電時間達到5000秒，最大電流達到8200安培，相對應的裝置中心場強已達到2特斯拉。總控系統、真空系統、低溫系統、數據採集系統、水冷系統、電源系統、裝置技術診斷系統、失超保護、真空磁位形測量系統、超導傳輸線、高溫超導電流引線、銅電流引線以及等離子體控制系統運行正常，保證了通電測試的安全和成功。
2006年9月26日，EAST在第一次等離子體放電實驗過程中，成功獲得了電流大於200千安，時間接近3秒的高溫等離子體放電（左圖），標志著世界上第一個全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置已在中國首先建成並正式投入運行。EAST開始轉入物理實驗階段，在全超導磁體穩定運行條件下，獲得了最大電流500千安、9秒重復放電、大拉長比偏濾器等離子體等多項實驗成果。相關的設計理念和工藝技術創新還包括大型超導磁體的設計和製造、大規模超低溫製冷技術、任意可控的急劇變化大電流設備技術等都屬國內首創並達到了國際先進水平。
2006年10月13-14日，EAST國際顧問委員會第二次會議在合肥召開（右圖）。29位來自國際熱核聚變試驗堆（ITER）計劃和歐、美、俄、日、韓、印等世界一流聚變研究機構的負責人及資深科學家參加了會議。會議聽取了EAST工程總論、工程進展、首次實驗結果和未來實驗計劃等報告，並到實驗大廳現場參觀了放電實驗和各子系統。國際顧問們對EAST工程的建設、系統改進、今後的實驗計劃和研究等進行了長達10個小時的深入討論， 所形成的會議報告指出：EAST是世界上唯一類似ITER全超導磁場設計的托克馬克裝置。委員會對EAST的高質量建設留下了深刻印象。在如此短暫的時間內自主完成設計、預研、建設和試運行，成就了世界聚變工程的一個非凡業績。這一傑出成就是全世界聚變能開發的重要里程碑。高功率加熱、電流驅動和更完善的診斷是EAST是未來深入研究計劃所必須的。這些計劃一旦實現，EAST將會在發展穩態高性能等離子體物理的科學研究計劃中處於世界前沿地位，進而為支持ITER和聚變能發展作出貢獻。建議給予足夠的資源支持來盡快實現這些科學目標。
2006年10月16-22日，被譽為「核聚變奧運會」的第21屆世界聚變能大會（IAEA）在成都舉行（左圖）。世界聚變能大會是國際核聚變研究領域的最高水平學術會議， 每兩年一屆，這是是第一次在發展中國家舉行。包括國際原子能機構副總幹事Burkart教授以及國際聚變研究理事會主席等在內的800餘位中外科學家參加了會議。以往的IAEA大會通常只有歐洲的JET，美國的DIII-D，和日本的JT-60U三個托卡馬克被列在第一節報告中。EAST總經理萬元熙在本次會議上做了首個報告（key note），可見國際聚變界對第一個全超導托卡馬克EAST的高度關注。報告結束後，全場起立熱烈鼓掌，這是聚變能大會歷史上的第一次。會議期間，眾多國外研究所與大學除了祝賀以外，紛紛表示了強烈地與EAST合作的意願，已達成了十多項雙邊合作項目並簽署一項雙邊合作協議。路院長的賀信指出：全超導非圓截面托卡馬克EAST核聚變實驗裝置實現首次放電實驗，標志著EAST裝置工程實驗進入了新的階段，也表明了中國科技工作者有能力自主實現具有國際先進水平的大型科學工程實驗裝置的建設和運行。EAST投入實驗運行將為我國乃至世界核聚變研究提供了一座新的實驗平台 。
2007年1月14日23時-15日1時，EAST連續放電四次，單次時間長約50毫秒，第二輪物理實驗開始。這輪實驗的主要目標不是追求放電時間的長短，而是旨在2006年獲得圓形截面等離子體的基礎上獲得非圓截面等離子體，具有重要意義。
2007年1月29日，中國科學技術協會所屬的科技核心期刊《科技導報》評選的2006年中國重大技術與工程進展在北京揭曉，EAST裝置建成與「太行」發動機研製成功、秦山二期核電站通過驗收等14個項目入選。
2007年2月15日，科技部基礎研究管理中心和中國科學技術協會學會學術部公布了2006年度「中國基礎研究十大新聞」的評選結果，EAST項目因具有原創性、新聞性和廣泛社會影響的代表性入選。
2007年3月1日，EAST順利通過國家驗收。國家發展改革委在合肥主持召開了EAST國家驗收會（左圖）。驗收委員會聽取了項目建設情況、專家測試、專家鑒定和中科院的預驗收意見，審閱了有關專業驗收材料，並實地考察了EAST裝置，一致認為：項目技術工藝符合設計要求，裝置主機及其各子系統均達到或超過設計指標，成為世界上成功運行的第一個全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置。項目全面優質地完成了建設任務，實現了預定的各項指標，同意該項目通過國家驗收。
2007年4月10日，等離子體所承擔的「中美托卡馬克先進運行模式聯合研究」項目通過驗收（右圖），核工業西南物理研究院參加了這個項目。驗收專家組審閱了項目結題驗收材料，聽取了項目執行情況的總結報告，並進行了現場考察和咨詢。專家組認為：項目全面完成了合同書的規定內容，達到了預期目標，同意該項目通過驗收，建議項目承擔單位堅持有效的國際合作方式，擴大合作領域，希望相關部門給予進一步的支持。該項目的實施有效地利用了美國磁約束聚變科學和技術資源，掌握了診斷、數值模擬和控制等關鍵技術，解決了制約我國磁約束聚變研究中部分瓶頸問題，提高了我國核聚變領域的技術和物理研究水平，縮短了與國際聚變研究的差距，並培養了一批磁約束聚變領域急需的人才，鍛煉了隊伍，為更廣泛的國際合作打下了良好的基礎。
2007年8月27日，EAST從俄羅斯ISTOK研究所低雜波系統末批KU-2.45型微波速調管成功通過驗收（左圖）。
2007年12月3日，經過數月的努力，EAST內部部件改造已完成了加熱襯套、硼化水管、高場側單匝環固定支架等的安裝，進行了熱沉材料超聲探傷全檢，完成了在模擬1/16段工裝上進行熱沉支撐和模擬熱沉的試裝，熱沉冷卻水管的成型、開孔及轉接喇叭口的焊接，還完成了高場側、外靶板首件熱沉的加工，並陸續開展工藝評審和首件驗收，內部部件改造已開始進入總體安裝階段。
2007年12月31日，EAST內部部件1/16段預裝工程通過了驗收。1/16段預裝採用1：1真實模擬EAST真空室內熱沉組件、冷卻水管安裝全過程（右圖）。本次預裝使EAST真空室內部部件改造安裝的工藝、工序、工裝、工具的合理性和實用性得到了驗證。
2008年3月26日，中科院2008年度工作會議上傳來好消息，EAST大科學工程研究集體榮獲中國科學院2007年傑出科技成就獎。
2008年4月23-24日，ITER最重要的事務會議IO（International Organization）-DA（Domestic Agency）協調會在等離子體所召開（左圖）。ITER國際組第一副總幹事Norbert Holtkamp及ITER項目辦公室主任Eisuke TADA等ITER國際組織高層代表主持會議，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯、美國的各DA方高層代表參加了會議。該會議是IO與各成員國的DA負責人進行重大事務溝通和協調的例會,會議通報和討論各重大設計更改和評審、通報和研究科技顧問委員會(STAC)和技術咨詢委員會(TAG)會議的建議，討論和准備向ITER理事會提交的報告以及討論了各國采購包的計劃進度、資源計劃、經費調整等事項。會議代表參觀了EAST裝置和正在建設的ITER CICC穿管線工程。
2008年5月12日，在EAST裝置真空室內部組件安裝總體驗收會上，等離子體所李建剛所長宣布EAST裝置真空室內部組件安裝全面勝利完成。真空室內部組件安裝涉及到九大課題項目，共計零部件五萬九千多件。安裝工程於2008年元月14日開工，5月8日結束，經過3個多月的艱苦奮戰，EAST裝置真空室內部組件安裝任務以其高質量、高速度圓滿劃上句號。這是EAST裝置建立以來第一項大工程。
2008年12月3日，EAST內部部件第二次改造工程全面完成，順利通過驗收。各相關部門做了工作匯報，介紹了責任工程師和施工單位精誠合作、協力攻關，突破眾多工藝技術難點，制定出安全可靠、切實可行的解決方案並嚴格貫徹實施等情況。（右圖為改造後的真空室） 此次改造工程從10月13日開始，歷經53天，涉及機械安裝、真空檢漏、準直測量等多個學科，工程量大，技術復雜，在聚能公司、科燁公司、總體設計室、六室等部門的努力下，最終比計劃提前7天，優質高速地完成了這項光榮而艱巨的使命，為順利實現下一輪放電實驗爭取了寶貴時間，也為未來的聚變工程建設積累了經驗；此次內部部件改造不是簡單的安裝重復而是一場技術攻堅戰，在諸如防松緊固、位移測量、石墨瓦改造、拆裝維修等方面取得了重要突破，為未來的工作積累了寶貴的工程實踐。」與會專家對改造工程完成的質量和速度給予充分肯定，對改造過程中體現出的良好合作和協同攻關以及質量管理工作等給予了很高評價，同時對各方面的工作提出了希望和要求。會議通過了對改造工程同意驗收的驗收意見。
2009年11月13日，EAST/HT-7低溫系統改造工程的子工程「液氮傳輸線改造工程」順利竣工，已成功實現液氮傳輸功能。改造後的液氮傳輸線跨度約150米（改造前約30米），傳輸線越長越容易產生氣堵、漏液、真空難抽等困難；改造後的輸液線最大落差將近10米（從地溝到橋架），落差大容易產生氣阻、液氮傳輸消耗大等問題。

❺ 中國的:''人造太陽''

晨報記者：作為世界第一台全超導的「人造太陽」，它的建成對人類的未來意味著什麼？

萬元熙：它將為人類未來建造工業應用的聚變電站搭起一座橋梁。目前，在托卡馬克裝置上進行聚變反應已經獲得不小的成功，但要實現穩態、長時間地運行還有很長的路要走，我們就是想通過全超導技術來解開這個「死結」，讓它運行的時間更長，從實驗逐步走向應用。

一旦聚變電站成功運行，帶給世界的變化將是革命性的。各國之間再也不用為中東的石油而發生戰爭。沒了石油、煤礦開采帶來的污染，二氧化碳的溫室效應、南極冰面的萎縮、海岸線的增高等等一系列現在人類頭疼的問題都會消失。它將給人類帶來無限清潔的能源，就像太陽給我們的一樣。

晨報記者：目前世界通行的「人造太陽」能工作多長時間？我們這台中國「人造太陽」又能突破到怎麼樣的高度？

萬元熙：世界目前的平均水平只有300多秒，如果正常運行，我們的「人造太陽」可以達到上千秒，隨著技術的成熟，未來可能達到一個星期，甚至一個月。到那時，將是非常了不起的。

晨報記者：目前，困擾「人造太陽」從實驗走向現實應用的難題有哪些？

萬元熙：除了剛才所說的穩態運行問題外，材料也是一大難題，現在沒有哪種材料能保證在上億度環境下不會被損壞，這個問題還得靠科學家經過無數次的實驗研製出合適的材料。

晨報記者：說到這套設備我們悉頃還是不得不提到安全問題，因為採用裂變反應技術的核電站泄漏令人們不安，你們如何保證「人造太陽」裝置不會產生輻射和巨大的爆炸？

萬元熙：這是所有人關心的問題，不過，大家可以放心。「人造太陽」完全不同於裂變核電站，它採用的原料是氫和它的同位素氘，這種原料本身就沒有輻射性，雖然聚變過程中等離子體碰撞產生中子是一種輻射，但它是短暫的，一旦放電結束就不會再產生中子了，放電過程中產生的中子也是可防護睜肢陸的，通常都不能穿過我們1.5米厚的牆。

而爆炸的可能性根本不存在。雖然等離子體經過聚變能達到上億度，但都被磁場緊緊約束住，不會膨脹。即使設備出現了問題，等離子體也會在瞬間消失，不會發生爆炸。

晨報記者：人們都很關心「人造太陽」何時可以運用到日常生活中？

萬元熙：我們的裝置建成後雖然可以大大地推進研究進展，但距離實際的工業應用還有很長的路要走，樂觀估計也要30到50年。由中國、美國、歐盟、日本、俄羅斯、韓國參加的國際熱核反應堆合作計劃（ITER）是一個更先進的裝置，它需要10年才能建成；材料的發明、製造需要10年；建立示範堆，檢驗它在實際應用中的效率問題等等，這又要10年。此外，還取決於各國政府在能源問題上的認識和態度，如果都非常支持，時間就短些，否則會更長。

距離當年氫彈爆炸50多年了，盡管世界上許多國家建起了核電站，人類仍然沒有看到一座核聚變發電站的出現。核聚變電站的誘人前景依然是人們心中一個割捨不去的夢。50年來，全世界都在為建立一個能夠控制核聚變的裝置而努力。在30多個國家建造的大大小小上百個實驗裝置上，每一次放電時間的延長人們都為之興奮；每一次溫度的提高人們都為之歡呼。因為這看似小小的進步意味著我們離聚變能的應用更近了一步。前不久，中科院等離子物理所建成的全超導的托克馬克試驗裝置調試成功，掀起了全世界對未來「人造太陽」的極大關注。

中國「人造太陽」引發世界沖擊波

「人造太陽」調試成功飢廳聽到這樣的消息人們難免心生疑問：太陽可以人造嗎？在大多數人眼中，「人造太陽」是人類復制的一個新太陽。「人造太陽」真能掛在天上嗎？它究竟是個什麼樣子？中國剛剛調試成功的「人造太陽」實驗裝置又是什麼呢？這個答案只有親自造太陽的人知道。

據國家「九五」重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授介紹，引起人們猜測的「人造太陽」，就是中科院等離子物理研究所經過8年艱苦奮斗建造成的全超導的托克馬克試驗裝置。「未來的『人造太陽』基本上是這樣，可能會更大些」。

「簡單地理解，之所以被稱作『人造太陽』，是因為這個裝置產生能量的原理和太陽產生能量的原理一樣。」萬元熙解釋，太陽能夠發出強光，輻射到宇宙空間中去，巨大的能量來自於核聚變反應。

氫彈是瞬間的，而「人造太陽」則能持續不斷地產生巨大能量。我們把這種研究稱為受控熱核聚變反應。這種反應在兩條途徑中正在迅速發展。一條途徑就是造出各式各樣的磁容器來，其中一類磁容器叫做托克馬克。經過全世界60年的努力，這類托克馬克聚變裝置已取得巨大成功。在這種裝置上已經可以把氘的聚變燃料加熱到4億-5億度的高溫區，在這樣的溫度下發生大量的聚變反應。

據悉，世界上最大的托克馬克裝置歐洲聯合環的聚變功率輸出達16兆-17兆瓦，但仍只能短暫地運行。也就是說，這個磁籠只能存在幾秒、十幾秒鍾，從加熱到實現聚變反應只有幾秒鍾的時間。現在，科學家們正在力求實現讓托克馬克裝置連續不斷地反應。

「一方面我們獲得了巨大進展，另一方面，能否走向穩態運行是未來的聚變反應堆所需要的。」萬元熙表示。「我們建造的這個全超導的托克馬克試驗裝置最大的特點就是，把托克馬克已經取得的進展過渡到穩態運行狀態，為未來實現真正的『人造太陽』做出重要貢獻。」

據悉，今年七八月，全部裝置裝好僅僅是物理實驗的開始。這個物理實驗已經引起全世界同行的很大關注和極高的興趣，因為這是到目前為止第一個全超導的、可以穩態運行的托克馬克裝置。

萬元熙還解釋說，目前全世界所有的聚變裝置還不能被稱之為「人造太陽」。從所有裝置上得到的各種研究結果都是為未來建造真實的受控熱核聚變反應堆、聚變能電站做出重要的貢獻，奠定工程和物理基礎。沒有這些工程和物理基礎，未來建造真實的聚變反應電站是不可想像的。完美能源不是夢根據1998年世界能源組織公布的數據，地球上所蘊藏的鈾礦作為燃料只能用60年左右。不僅如此，使用鈾礦的過程中還會產生一些高放射性廢物，這些廢物的壽命非常長，幾千年、幾萬年仍然有放射性，對人類的環境造成另外一種污染。相比之下，聚變能源的燃料則來自於海水，1升海水中所含氫的同位素氘如果全部提取出來，放到未來的人造太陽中發生聚變反應，放出來的能量等同於燃燒300公升的汽油的能量。

可以想像，到那時人類需要的一次性的能源將是無窮盡的，不會為可持續發展而操心，不會為能源的短缺發生政治、軍事等沖突，最重要的是不會因為使用化石燃料及其他燃料污染環境。

早在氫彈爆炸成功時，前蘇聯和美國就以絕密的形式進行受控熱核聚變能的研究。由於原子彈爆炸後，十幾年的時間就研製出裂變電站，人們可以利用原子彈的裂變能量；氫彈爆炸後，我們即將獲得巨大的、無限的清潔能源。這些國家便認為，能夠成功爆炸氫彈，也可以用5年、10年或者15年的時間造出一個聚變能電站。專家表示：「我們對此非常樂觀。」

受控熱核聚變的條件是必須加熱燃料到億萬度的高溫，把燃料約束到一個局部的小空間中。什麼物質的器皿能夠盛裝上億度的高溫燃料？這成為當前最主要的難題。耐火磚、不銹鋼都不可行，必須採用特殊方式來約束聚變燃料。

如果沒有物質的器皿盛裝上億度高溫的等離子體聚變燃料，可否用磁場構造一個磁的容器來盛裝？這就產生了托克馬克這類磁約束聚變裝置。使用這個裝置，其外面大量的大線圈和磁體會產生一個環形的磁容器，在這個磁容器裡面約束、加熱聚變的燃料，讓它發生聚變反應。

過去的60年，近100個大大小小的托克馬克一點點地貢獻了不同特點的技術，才使得我們敢於去建造越來越大的托克馬克聚變裝置。背景鏈接托克馬克

如何克服巨大的靜電斥力將原子核聚到一起，還要將它們的密度維持在一定水平以防不安全的能量爆發(如氫彈就是不可控的核聚變)？前蘇聯科學家在20世紀50年代初率先提出磁約束的概念，並在1954年建成了第一個磁約束裝置—形如中空麵包圈的環形容器「托克馬克(Tokamak)」，又稱環流器。一般情況下，在超過10萬攝氏度的磁場中，原子中的電子就脫離了原子核的束縛，形成等離子體。帶電粒子會沿磁力線做螺旋式運動，所以等離子體就這樣被約束在這種環形的磁場中，也叫磁籠。人造太陽

億萬年來，地球上的萬物靠著太陽源源不斷的能量維持自身的發展。在太陽的中心，溫度高達1500萬攝氏度，氣壓達到3000多億個大氣壓。在這樣的高溫高壓條件下，氫原子核聚變成氦原子核，並放出大量能量。幾十億年來，太陽猶如一個巨大的核聚變反應裝置，無休止地向外輻射著能量。

核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量，產生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛分布在水中，每升水約含30毫克氘，通過聚變反應產生的能量相當於300升汽油的熱能。採集氘並使之與相關物質聚變產生能量，就是「人造太陽」的原理。

根據科學家的分析，如果我們未來能建成一座1000兆瓦的核聚變電站，每年只需從海水中提取304公斤的氘就可產生1000兆瓦的電量。照此計算，地球上僅在海水中就含有45萬億噸氘，足夠人類使用上百億年，比太陽的壽命還要長。

1952年，當第一顆氫彈爆炸之後，人類製造核聚變反應成為現實，但那隻是不可控制的瞬間爆炸。從那個時候開始，科學家們一直在尋找途徑，把氫彈爆炸在某個試驗裝置上加以控制，然後源源不斷地取出它的核聚變能。50多年過去了，這個夢想一直沒能實現。

美國、前蘇聯等國在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。中科院等離子物理研究所是這個國際科技合作計劃的國內主要承擔單位。

1994年底，中科院等離子物理研究所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。推進國際合作實現人類夢想據悉，由於商業利益巨大，以及對人類可持續發展的重要性，一直以來所有關於「人造太陽」的試驗一直處在絕密狀態。但是，事實上，當從事這些絕密研究數十年後，所有國家都發現想要實現目標太困難了。因此發展到現在，受控熱核聚變的研究在全世界成為最廣泛的國際合作研究項目，已經不再保密。

據悉，我國科學家在20世紀50年代中期就開始了可控核聚變的研究。1984年，中國核工業總公司西南物理研究院曾建成中國最大的研究核聚變的托克馬克裝置。2006年3月，中科院等離子物理研究所建造的「人造太陽」實驗裝置調試成功，意味著能夠穩態運行的實驗裝置已經具備實驗能力。

中科院等離子物理研究所所長李建剛說：「我們這一代科學家已經做了50年還沒有建成『人造太陽』。並不是說我們太笨，因為這件事情太難了，難到靠任何一個國家的財力、物力和科學技術都不可能達到。我最大的願望就是希望有生之年能夠看到一個燈泡是用聚變能點亮的。但是客觀地講，這種願望可能實現不了，因為太難了。」

雖然中科院研製的「人造太陽」實驗裝置還沒有進行真正的核聚變實驗，但是他們的調試成功已經得到了國際聚變界的關注和稱贊。在國家「九五」重大科學工程EAST建設項目總負責人萬元熙教授看來，和30年前剛剛開始這項研究相比，國際聚變界態度的轉變讓人頗有感觸。

萬元熙談道：「過去我們與其他國家討論國際交流合作的時候，某些國家的官員總說『我們跟你沒合作，沒有什麼可獲得的』。現在，世界上許多著名的研究所都主動、積極地要求與中科院等離子物理研究所、中國磁約束聚變界進行廣泛合作。10多年來，隨著我國國力的強盛和改革開放的深入，一批有才乾的、本土的聚變人才已經迅速成長起來，這對中國未來聚變研究是至關重要的。中國的聚變研究不是一代人能夠實現的，『人造太陽』的夢不是一代人能夠完成的，這個夢要幾代人連續不斷的努力才能夠實現。」

萬元熙回憶：「我們宣傳受控熱核聚變的時候，許多領導會緊接著問『我們什麼時候能拿到聚變能？我們什麼時候能夠發電？』我告訴他們，可能還要30-50年時間。『哦，看來是太長了。』我要說的是，與人類歷史發展的長河相比，30年、50年算什麼！50年的時間中國發生了翻天覆地的變化，如果再來30-50年，我們能夠一勞永逸地解決人類可持續發展最重要的清潔能源，無限的清潔能源，30-50年不成問題。」

據了解，研究建設「人造太陽」是一項極其耗費人力、物力、財力、時間的事業。比如，在托克馬克已經取得巨大成功的基礎上，國際聚變界曾在1984年聯合進行下一個試驗聚變堆的設計和研究。當時有幾個不同的版本。第一個版本是用100億歐元把這個試驗反應堆建造起來，國際聚變界、各國政府都覺得花錢太多；之後改成第二個版本，用50億歐元建造，現在已經得到各個國家政府的批准，中國也決定加入進來。50億歐元也僅僅能夠建造一個試驗反應堆，而這個試驗反應堆將會產生500兆-700兆瓦的聚變功力。

萬元熙介紹，中科院2月份進行試驗調試的時候，大概每天的電費就達5萬元左右，還不包括其他易損件的補充、更替和人力等。這樣一個裝置如果正常運行起來，每天運行和試驗的費用應當在10萬元左右。「幸運的是我們的工程調試非常成功，對於裝置的運行我們有95%的成功把握。聽到我們工程調試成功的消息後，世界上主要研究所著名科學家紛紛來電祝賀，並將於今年10月來參加我們的第二次國際顧問委員會。這就是說，我們的投入得到了非常好的回報」。

❻ 人造太陽是什麼裝置。

ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱「人造太陽」。

上世紀50年代開始，以原子核的裂變反應為基礎的核電站登上世界能源舞台，但是這種核電站存在核廢料的處理、核輻射、核燃料鈾的開采和提料難等問題。相對來說，核聚變具有無可比擬的優點：它的原料儲量極其豐富，因其主要燃料是存在於海水之中的氘和氚。一升海水提取的氘能產生的聚變能源，相當於300升汽油。另外，聚變產物沒有放射性。同時，由於聚變反應需要的條件比較高，一旦發生事故，造成反應的等離子體約束破裂，聚變反應便會終止。因此聚變燃料的保存運輸、聚變電站的運行都比較安全。因此，聚變研究對於開發清潔能源，意義十分重大。此外，伴隨著聚變研究帶來的衍生和伴隨技術，比如超導磁體技術、大功率電源技術、超高真空技術、超低溫技術等，都會帶動相關產業發展，給民眾生活帶來很大改變。核聚變如果在民用上能實現可控，將徹底改寫人類的能源版圖。

「目前的聚變研究，功率相對來說還是比較低的。未來我們想實現聚變的可行性，需要在更好的加熱功率條件下，來驗證延長等離子體存在時間的科學可行性。這個挑戰十分巨大，因為聚變產生有一個物理學說叫勞遜判據，意思是要想產生聚變，就要使得等離子體的溫度達到上億度，這就是我們今後的科研攻關目標。」龔先祖說。