超導托卡馬克實驗裝置缺點

『壹』 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。

『貳』 有哪位大哥大姐告訴我啊

幾乎完美的能源 人造太陽：難度超乎想像(圖)

進入3月，全球數千名從事核聚變研究的物理學家都在等待一份來自安徽合肥的實驗報告。他們希望中國同行帶來好消息扮運轎，從而增強他們在不久的將來投入ITER(國際熱核實驗反應堆)建設的信心。

這個實驗，是對一個類似ITER核心裝置的大型設備進行聯合調試，以確定其是否能正常運轉。在實驗所在地中國科學院等離子體物理研究所，它被稱為「先進超導托卡馬克實驗裝置(英文縮寫為EAST)」。

50年來，在地球上模擬太陽內部的核聚變反應，並把產生的驚人能量穩定地輸送到電站，一直是人類未能實現的夢想。但一些物理學家相信，這一天肯定會來臨。他們希望通過ITER計劃向持懷疑態度的政治家和科學家證明，核聚變是一種可行的能源來源。

正因為如此，EAST實驗似乎「根本承擔不起失敗」，這讓聚集在合肥的100名核聚變專家和工程技術人員深感壓力。

幾乎完美的能源

核聚變是能源危機的終結者嗎？一些物理學家對此堅信不疑。

3月2日，一位負責給EAST降溫的工程師就認為，聚變能是今後能夠大規模甚至一勞永逸地解決人類能源問題的惟一途徑。

「站在懸崖的邊緣，我們只能再造一個『太陽』，別無選擇。」他說。

100年前，愛因斯坦預見了在原子核中蘊藏著巨大的能量。依據他提出的質能方程E＝mc2，核聚變的原理看上去極其簡單：兩個輕核在一定條件下聚合成一個較重核，但反應後質量有一定虧損，將釋放出巨大的能量。

1939年，美國物理學家貝特證實，一個氘原子核和一個氚原子核碰撞，結合成一個氦原子核，並釋放出一個中子和17.6兆電子伏特的能量。這個發現揭示了太陽「燃燒」的奧秘。

實際上，太陽上的聚變反應已經持續了50億年。在宇宙中的其他恆星上，也幾乎都在燃燒著氫的同位素———氘和氚。

而氘在自然界中幾乎「取之不盡」。科學家初步估計，地球上的海水中蘊藏了大約40萬億噸氘。從1升海水裡提取的氘，在完全的聚變反應中所釋放的能量，相當於燃燒300升汽油。如果把自然界中的氘用於聚變反應，釋放的能量足夠人類使用100億年。

在實驗室中，聚變反應的優點被不斷發現——它產生的能量是核裂變的7倍，反應產物是無放射性污染的氦。更完美的是，未來的聚變電站會始終處於次臨界安全運行狀態，一旦出現意外，反應會自悄廳動停止，不會發生像三哩島和切爾諾貝利那樣的核泄漏事故。

1952年美國試爆了第一顆氫彈，促使科學家考慮如何控制核聚變反應在瞬間爆發的毀滅性能量，「人造太陽」之夢由此而始。

此後，石油、煤炭等化石能源日益枯竭，能源危機和溫室效應步步逼近，獲取新型能源已經變得十分迫切。雖然風能、水能、太陽能等可再生能源不斷地被開發利用，但很難想像，它們能夠完全替代傳統能源。

超乎想像的難度

接下來的50年裡，再造「太陽」的難度超出了所有科學家的預計。

馬里蘭大學的物理學家William Dorland在接受《自然》雜志采訪時感嘆，核聚變之所以進展緩慢，是因為「我們對等離子體的不穩定性和紊亂性知之甚少」。

由於存在巨大的引力場，在太陽核心1500萬攝氏度、表面6000攝氏度的條件下均可輕松進行聚變反應。如果不需要控制能量輸出，在地面製造核聚變也不是棘手的難題：氫彈就是把原子彈當「火柴」，來「點燃煤球」。

但要實現可控，過程則極為艱難。

科學家首先要把反應燃料加熱到10萬攝氏度，成為等離子體，即電子獲得一定的能量擺脫原子核的束縛，原子核能夠完全裸露出來，為碰撞做准備。然後他們要把這些等離子體繼續加熱到上億度，使原子核擁有足夠的動能克服庫侖斥力，聚合在一起。

為了避免在瞬間產生巨大的能量，等離子體的密度必須維持在合適的水平。

做到了這一步，還沒有真正實現可控。這些上億度的等離子體，還必須在足夠長的時間里「老實地呆在容器里」，使聚變反應穩定持續地進行，「不能以每秒超過1000公里的速度亂跑，也不能碰到容器的內壁」。

一個難題是，用什麼來裝1億度高溫的等離子體？

前蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出磁約束的概念，期望用「無形的河床來約束河水」———環行磁場。在磁場中，帶正電的原子核會沿著磁力線做螺旋式運動。此外，高功率的激光束也被用來充當「魔瓶」。

盡管科學家突破了一個又一個障礙，但距離「太陽」的光芒依然遙遠。

中國科學院等離子體物理研究所研究員邱勵儉說，要讓「魔瓶」亮起來，必須廳肆同時解決超大電流、超強磁場、超高溫、超低溫等極限環境，牽涉真空、磁場、控制、等離子體、原子核等諸多領域的科學和技術難題。

而這「需要全世界最好的科學家和工程師一起合作，需要數國財力的共同支持」。

樂觀的估計

於是，ITER計劃應運而生。

1985年11月，美國和前蘇聯倡議在國際原子能機構框架下，由美國、前蘇聯、日本和歐洲共同體四方參與，建設國際熱核實驗反應堆。第一個設計方案是於2010年建成一個實驗堆，實現1500兆瓦功率輸出，造價約需100億美元。

這個雄心勃勃的國際大科學工程，自出生之日便命途多舛。

由於當時的石油價格僅10多美元一桶，能源危機並未顯現，加上前蘇聯的解體和美國的退出，這個方案以及隨後「縮小版」的新方案一度擱淺。

ITER的推遲，為中國、韓國和印度等國家提供了一個「呼吸的空間」。我國在2002年表示有興趣參加ITER計劃，並在2003年成為ITER談判過程中的正式成員。

中國ITER專家委員會的一位委員說，因為對能源的迫切需求，中國才不惜血本加入ITER。根據合同，中國要承擔整個項目100億美元中10％，投入可謂史無前例。

隨後，美國宣布重返ITER，韓國和印度也先後加入。2005年6月28日，在一片爭吵聲中，ITER的建設地點最終落在法國南部的卡達拉舍。

政治角逐結束，科學家們走向前台，他們期望這個地球上最昂貴的科學設備能帶來新能源的曙光。「畢竟，我們有了場地，可以做實驗了。」哥倫比亞大學物理學家Gerald Navratil說。

但是，ITER只是一個實驗堆，離發電依然十分遙遠。如果獲得成功，它的下一步是建造商業示範堆，目的是驗證商業可行性；最後還要建造商業運行堆，以驗證經濟可行性。

「完成這些過程可能還需要50年。」中國科學院等離子體物理研究所所長李建剛強調。他樂觀地估計，「人造太陽」的出現，不會超過100年。

東方的曙光

在2005年7月21日出版的《自然》雜志上，來自英國原子能研究部門的物理學家David Ward打了一個賭。「我願意和你賭100美元，別的核聚變裝置會比ITER更先開始工作。」他說，「在歐洲，我們對聚變反應的前景很樂觀。」

位於中國合肥的EAST就有可能是這樣一個裝置。

3月7日，EAST進入降溫實驗的第18天，邱勵儉在工程日誌上記下了一個數字。他說，在這個數字的低溫下，EAST的超導線圈進入超導態，此次實驗最重要的一個目標已經達到。

他們計劃在今年7月份前後進行首次放電實驗。

1954年，前蘇聯設計成功托卡馬克(意為環行真空磁線圈)裝置。此後，全世界建造了上百個托卡馬克裝置。其中，歐洲聯合環(JET)在1991年11月將氘氚混合燃料加熱到了3億攝氏度，獲得1分鍾的等離子體放電。

但是在強電流作用下，常規托卡馬克的磁線圈同樣會發熱。為了解決這個難題，科學家將超導技術成功應用於磁線圈，建成超導托卡馬克。

邱勵儉介紹，目前世界上的超導托卡馬克，只有法國的Tore－Supra和中國的HT－7能正常運行。

HT－7是前蘇聯贈送給中國的一套實驗裝置，經過中國科學家的改進，它在2005年12月14日獲得了1000萬攝氏度、持續306秒的等離子體放電。這個結果，離法國的Tore－Supra只有一步之遙。

幾年前，中科院等粒子體物理研究的專家們開始設計更先進的EAST，這是一個高5米、內直徑7.62米、重達400多噸的龐然大物。作為世界上第一個全超導托卡馬克，它與ITER的核心裝置非常接近。專家們為此花費了6年時間，前後投入經費達3億元人民幣。

「一旦它運行成功，能夠為未來降低ITER的風險提供十分寶貴的經驗。」李建剛說。

http://news3.xinhuanet.com/st/2006-03/10/content_4283992.htm

『叄』 在人造太陽實驗的過程中，我國運用了哪些科技

中國科學院等離子物理研究所宣布，我國的超導托卡馬克實驗裝置EAST即人造太陽，已實現了世界上第一個高約束操作，即5000萬度等離子體連續放電101.2秒，創造了世界上的物理奇跡，中國科學院合肥研究所等離子研究所副所長表示，實際上每一次進步，物理實驗的每一次成功都伴隨著很多工程，要做很多驗證實驗，經歷很多失敗。

這是一條小於1毫米的超導線，其中有成千上萬的超導線，每根導線只有6微米，大約是頭發的十分之一。 我認為我國已經成為聚變科學和技術領域的世界領導者，更重要的是，我國有一個雄心勃勃的計劃來建造自己的聚變工程實驗堆，這將重新定義世界的聚變能發展速度和過程，我真的為此感覺到驕傲。

『肆』 當人類攻克了核聚變的大關之後，世界會發生什麼變化

核聚變是人類在不遠未來對能源利用的有效方案。

核聚變是獲得原子能的方法，通過輕核聚合引起原子核結合能變化。 核聚變所需的是氫燃料， 相對核裂變，更加安全和潔凈 。但如何實現可控核聚變，目前還是人類需要解決頭等大問題。

核聚變的條件與技術實現。

由於核聚變的溫度高達千萬度以上，在這樣的狀態下，所有原子成為等離子態，而且 核聚變條件除了高溫，還要使等離子體密度足夠大，維持時間足夠長 ，這樣才能發生自持的核聚變反應。這樣只有太陽這樣的恆星才具備這樣的天然條件，不斷釋放出巨額的光和熱量。恆星依靠自身巨大的質量和引力能夠束縛等離子體，在高溫下持續的核聚變。

當前人工可控核聚變的困難

人工可控核聚變的困難在於如何實現對高溫等離子體的束縛，地球上當然無法具有恆星那樣足夠大的引力來約束高溫等離子體。目前研究可控聚變的有效途徑是 磁約束和激光慣性約束 等方案，國飢橡際和國內都啟動了多項可控熱核聚變實驗堆的研究，盡管對核聚變過程的研究進行了數十年，但目前對還具有很大的技術挑戰，樂觀估計，離商業應用還要幾十年的時間。

一旦突破可控核聚變，人類的發展就進入到了新紀元

一旦人類突破了可控核聚變，地球上的能源危機當然就不復存在；燃燒石油等碳基能源所造成的的溫室效應，也會得到有效的治理。目前，一些科學家們對文明的分級也是以能源的利用為標準的。所以一旦人類實現可控核聚變，就可以利用裝載核聚變發動機的飛船，實現星際旅行的目的，去尋找更多的資源和 探索 星空秘密，我們的征程是星辰大海。

我在能源領域幹了二十多年，應該算比較了解這個問題。我就簡單分析一下吧。

先說題目的問題，核聚變人類已經能實現了，這就是「氫彈」，題主可能想問的是 「可控核聚變 」吧？
按照套路，我們先說說什麼叫做核聚變？
核聚變，又稱聚變反應，是將兩個較輕的原子核結合而形成一個較重的核和一個很輕的核或粒子的一種核反應。在這個過程中，核聚變反應將一部分反應物的質量轉化為了能量。

太陽就是一個巨大的核聚變反應堆。氫彈就是利用核聚變釋放的巨大能量摧毀目標的。
什麼是可控核聚變？
可控核聚變就是人工控制核聚變的能量輸出過程，使能量輸出大小滿足人類對能量的動態需求。

最容易實現的聚變反應是氫的同位素：氘與氚的聚變。氘在海水裡存儲約有40萬億噸，理想狀態下釋放出的能量足夠人類使用上百億年，聚變後產生的是沒有放射性污染的氦。

根據愛因斯坦的質能方程：E MC²，可以簡單的算出1千克物質完全的轉換為能量可以得到9 10 16焦耳的能量，換算成電能約為250億千萬時。 2016年，全 社會 用電量59198億千瓦時。 這只需要大約340噸聚變燃料就能滿足全國的用電需求了 。

可控核聚變反應堆離商業運行大約還有50年。
可控核聚變對我們世界的影響
可控核聚變實現商業運行後，人類再也不會為能源問題擔憂，它的影響是巨大的：

首先它推動人類進入了所謂的第一類文明（目前為0.7級文明），即：「行星文明」。我們所發生的歷次工業革命從本質上來說，就是對能源的利用方法和效率的變革。可控核聚變的商業運行無疑將推動另一次工業革命（估計是第五次工業革命，前四次分別是：蒸汽機革命、電氣化革命、信息革命、人工智慧革命），人類 社會 發展又將走上一個快車道。

在政治上，全球的能源格局將全盤洗牌，中東的石油資源不能再成為一些國家的撒手鐧，實現了世界的能源均衡化。能源問題從此以後就不頃蠢會成為戰爭的導火索了，世界將更加和平。

環境問題將得到解決。由於可控核聚變的產生物為氦，沒有環境污染問題，也沒有溫室氣體排放問題，而且能源更加便宜，我們將告別霧霾……

人口增長與耕地減少的問題得到緩解。相對便宜的能源為現代農業工廠的實現提供了可行的條件。可以採用現代化的農業種植大廈來種植農作物，採用低耗能的電燈來提供光合作用。戰爭的風險進一步降低。

人類將開啟太空時代。目前人類 探索 太空的限制主要是缺乏充足、可靠的能源供應，有了可控核聚變後，再加上無工質引擎，我們的將征服整個太陽系，到時候移民火星將不成問題。
最新消息爛乎旁：美國麻省理工學院科學家表示，核聚變發電的夢想即將在15年內變成現實。
估計是取得了重大突破！要記住：核聚變是國際合作項目，誰取得了突破都是好事！

實現低成本的可控核聚變意味著人類獲得了幾乎取之不盡用之不竭的能源。

國際熱核聚變實驗反應堆，計劃於2025年點火，預估總造價超過150億歐元，以目前的進展來看，這個項目流產的可能性在不斷增加

現如今人類已經實現了（極短暫的）可控核聚變，但是 反應堆的建造成本和使用維護成本奇高，離商用還遙不可期 。

我們不妨浪漫的設想一下，如果低成本可控核聚變得以實現，地球和人類文明會發生怎樣的變化——（低成本是指成本是現有能源的1/10甚至更低）

1、飢餓將徹底消失：
即便在今天，世界上仍有高達8.21億人處於飢餓之中，而且這個數字仍在上升，然而於此同時，發達國家的消費者每年要丟棄高達40%的食物，全球范圍內有25%以上的食品損失在運輸環節。

全球糧食生產的總量是夠的，但地區間差異巨大，而遠距離運輸成本高，使得很多地方的人還吃不飽肚子 ，當低成本可控核聚變實現，運輸成本將大幅下降，糧食可以實現全球范圍內的分配，飢餓將徹底消失。

2、淡水危機解除
目前海水凈化的主要問題就在於成本，即便是以色列最先進的海水淡化工廠，每噸淡水的生產成本也在5塊以上，成本結構里，能源成本（電費）占據了絕大部分，這使得海水淡化技術難以大面積推廣應用。當低成本可控核聚變實現，海水淡化和遠距離運輸的成本將大幅下降，乾旱和淡水匱乏將成為往事。

3、環境危機，特別是全球變暖問題得以解決
當前全人類面臨的最大的問題就是全球變暖，其根源就在於人類無法擺脫對化石燃料（石油、煤炭）的依賴，產生大量的溫室氣體二氧化碳，導致全球氣候變暖。核聚變是一種清潔能源，沒有溫室氣體排放，產生的核廢料半衰期非常短（能快速轉變為無放射性物質）、即便發生核泄漏危害也較低，撤離半徑僅需要一公里，這比目前的核裂變反應堆泄露的危害要小的多得多。

人類掌握可靠的可控核聚變技術也意味著人類文明邁入了一個新的紀元，再豐富的想像力也難以預測到了那一天究竟會發生什麼，讓我們一起靜靜等待人類文明閃耀的那一刻到來吧！

看了朋友們一些回答，說的都很好。攻克核聚變，應該說攻克可控核聚變，這個世界的能源領域就寬廣了很多。
就像過去人類發現發明的機器和電力，從此走出了黑暗的農耕時代，進入了高速發展的現代生活。任何科學的重大發現和發明都能夠極大的推動人類 社會 的進步，可控核聚變的實現，將促進人類文明進入一個新發展時代。

核聚變的理論形成已經半個多世紀了，人類早就已經實現了核裂變和核聚變的部分應用，比如原子彈、氫彈，就是典型的核裂變和核聚變的應用。但原子彈和氫彈的爆發是瞬時作用的，這種巨大的能量是不可控的爆發。

人類已經掌握了可控核裂變的技術，並且已經廣泛的運用與生產與生活，主要表現在核發電和核反應堆驅動，2006年世界核子發電在全部電力裡面就已經佔有15%的比重，這方面中國起步晚，佔比較低。

但人類對核聚變的運用還一直在研究中，進展較為艱難緩慢。

可控核聚變之所以比可控核裂變更難攻克，是因為進行核聚變的條件更為苛刻和困難。
在太陽中心，每時每刻都在進行著核聚變，每秒鍾有6億噸的氫轉變成5.96億噸氦，釋放出400萬噸氫的能量，正是這巨大的能量給太陽系所有的行星、衛星、矮行星、小行星、星際物質等提供了光和熱。激發這種能量的是太陽核心3000億個大氣壓的壓力和1500萬度的溫度。

地球上無法提供這么高的壓力，只有靠提高溫度來實現核聚變，這樣要求溫度達到上億度。所以如何達到這樣的溫度，用什麼樣的容器或者方式來約束這種溫度，是目前科學界需要重點解決的關鍵難題。
人類之所有這么重視可控核聚變的開發，因為它具有很高的比較優勢。
相比核裂變，核聚變有如下優勢：

1、核聚變釋放的能量比核裂變更大。據測算6個氘核共放出43.24MeV能量，相當於每個核子平均放出3．6MeV。它比n+裂變反應中每個核子平均放出200/236=0.85MeV高4倍。

2、核聚變無高端核廢料，可不對環境構成大的污染。而核裂變由於原料鈾的儲量不多，政治干涉很大，放射性與危險性大，核裂變的優勢無法完全利用。

3、核聚變燃料供應充足，地球上重氫有10萬億噸。每1升海水中含30毫克氘，而30毫克氘聚變產生的能量相當於300升汽油。

所以，如果能夠實現可控核聚變，人類將能夠克服階段性的能源危機，真正的從「石油文明時代」走向「核文明時代」，人類文明將提升到一個新的層次。

近年來，可控核聚變的研究正在提速，在許多具體方面有所突破。
中國的核聚變「人造太陽」實驗裝置EAST（先進超導托卡馬克實驗裝置），已經獲得超過101.2秒的穩態長脈沖高約束等離子體運行，在這方面走到了世界前列。能不能像常常說的最終實現彎道超車，還有待後續努力。

有報道德國仿星器核聚變反應堆研究取得突破進展，而美國洛克希德馬丁公司早在2014年就宣布，可控核聚變技術小型化取得突破，一個可安裝在卡車後端的小型反應堆有望在十年內誕生。這些都是可喜的進步。

科學界預測了，受控核聚變發電有可能在2025年實現商業運營，2050年將有可能廣泛的服務於 社會 。

時空通訊在過去已經多次提到過宇宙三級文明等級的劃分，這是前蘇聯科學家卡爾達舍夫在上世紀六十年代提出來的一個理論。
卡爾達舍夫認為宇宙文明的主要衡量度標是能源的控制和使用，可分為行星級一級文明，恆星級二級文明，星系級三級文明。每一級文明的提升，都伴隨著能源使用的數量級增長。他的這個理論盡管只是一種假設，但得到了科學界廣泛的認同。

科學界測算，人類文明目前還只有0.73級，要達到一級文明，我們人類所需要的能源還要在現在的基礎上增加10000倍以上，而達到二級文明則需要增加能源控制和使用能力100億倍以上。

實現了可控核聚變，解決了能源危機，使人類控制和使用能源的能力得到大大的提升，有可能使人類文明在100年內達到一級行星級文明。當然要實現二級文明人類還需要幾千年的奮斗（這方面的介紹請查看時空通訊過去發表的相關文章）。

由於可控核聚變能料的高度濃縮化，人類有可能實現深空 探索 和開發。我們現在的火箭採用的是常規能源，發射到地球軌道就需要燃料成百上千噸，所以無法帶著很多燃料遠航。如果核聚變，30毫克的氘就相當於300公升汽油，三公斤氘就相當於30000噸汽油的能量，如果氚核聚變則可以實現更大能量的輸出。這樣飛向深空再也不要攜帶大量的燃料了，就有可能飛的更遠。

當然太空遠距離航行還需要伴隨著引擎和太空生存保障等諸多方面科學技術的同步提升，才有可能實現。

核聚變的能源地球上儲存量巨大，夠人類使用一陣子。

這就是時空通訊的看法和認知，歡迎點評。
時空通訊原創作品，已經授權「維權騎士」予以版權保護，如有需要請聯系作者授權，侵權必究。謝謝關注支持和理解。

我來蹭一波熱度。相信大家最近都被中國人造太陽等離子體中心溫度達到1億攝氏度而領先全球的消息刷屏了吧。

題目中所說的應該指的就是 可控核聚變技術 ，核聚變是什麼呢？看看天上的太陽，它為什麼可以一直發光發熱，它燒的是什麼，為什麼可以燒這么久呢？

太陽之所以發光發熱那是因為在太陽的核心，高溫高壓的狀態下，氫原子之間發生核聚變反應而釋放出大量的能量，然後源源不斷地輸送到太陽的表面並輻射到整個太陽系。 原子核裂變和聚變都可以釋放出巨大的能量，原子彈利用的是核裂變，氫彈則利用的是核聚變，核聚變相比於核裂變更難以進行，釋放的能量也更加可怕 ，在太陽的核心處，溫度高達1500萬攝氏度，壓強也是大得可怕。

核能是清潔能源，長期以來人們利用的都是核裂變產能，但是對於核聚變，人類目前還只能掌握氫彈這一種不可控制的核聚變形式。與傳統的發電方式相比， 用核燃料效率高得多，比如產生100萬千瓦的電能，需要消耗50萬噸煤，但是卻只需要30噸核燃料。 廣義上來講，核燃料是取之不盡用之不竭的，核裂變產生的能量都這么大，核聚變就更不用說了，如果人類有一天可以掌控可控核裂變，那麼可以毫不誇張地說，人類講不會再有能源危機。

但是將這一過程可控化卻是很難的，首先需要滿足的就是高溫，高溫是等離子體生成的先決條件，等離子體指的是電子中子脫離原子核之後和原子核形成的一種離散的狀態。 但是光有溫度還是不夠的，還需要高壓，但是這一點就更難以辦得到了， 因為地球上沒有一個容器能夠承受核聚變所需要的高壓條件。所以呢，高溫就成了唯一的發展方向，並且這個溫度一般都在一億度以上。

雖然我國在了可控核聚變技術上的研究已經步入了世界前列，但是距完全掌控核聚變技術還有很長的路要走。如果有一天人類真的攻克了可控核聚變技術，那麼正如我上面所說的，人類將不會再有能源危機，與此同時，當今世界因為能源爭奪而帶來的戰爭到時候應該也沒理由存在了。

人類攻克了核聚變後，世界能源 歷史 將進入一個從能源短缺到能源取之不盡，用之不竭的新紀元。從此，人類的文明也即將進入大跨越發展的新時代。

首先，石化燃料將迅速消失，燃煤電廠將全部拆除，燃油 汽車 退出 歷史 舞台，煤礦、石油、天然氣基地、煉油廠，加油站全部關閉，甚至風電太陽能電站也逐步淡出。取而代之的是超清潔的氫能發電站遍布世界各地，更加發達的輸電網將世界連成一體。大氣污染成為 歷史 ，溫室效應大氣升溫的效應終於得以控制。不管是鄉野還是城市，籃天白雲下的人們享受能源 科技 革命帶來的無限美好生活。

其次，電費成本大幅下降，超級便宜的電能改變人們的生活，用電做飯，用電取暖，用電能出行，石化的副產品塑料也將消失，人們不再擔憂大量塑料產品對自然環境造成的傷害。人們的日常生活用具重新回歸紙基，大量用植物纖維做成的日常用品填充人們的生活。

第三，超級便宜的電能讓海水淡化普及，中東，非洲和我國的西部沙漠隔壁，從此有了源源不斷的淡水水源，大片的森林綠洲庄園在沙漠成長，一大批因能源革命而崛起的新興城市不斷涌現出來，人類在改善貧瘠土地和荒漠的同時，也改變了氣候。

第四，蓄電電池技術終將突破，各種大中小號的超能蓄電池，遍布生產生活的各個領域，隨著智能化的普及，身攜超能電池的機器人忙碌於山林田野，城市鄉村，人們慨嘆生活之便利和美好，貧窮飢餓永遠不再。

第五，能源革命使 探索 太空擁有了廣闊的發展空間，源源不盡的能源使太空飛船的噸位、速度有了質的飛躍，大型太空站的興建以及月球基地的建設，使得人民嚮往太空，飛往太空的夢想成為現實。

當人類攻克了核聚變的大關之後，世界會發生什麼變化？

不要被二次世界大戰末的美國人1945年8月6日在日本廣島長崎投擲的二顆原子彈而談「核」聚變。當地球人類在100年之內攻克了核聚變的大關後，人類會製造「核能火箭 ，」將其應用於「獵戶座計劃」和2011年，DARPA與NASA倡導的一個「百年星艦」計劃。建造一艘真正星際飛船，而是要集合世界上頂尖科學家，為下一個世紀的星際旅行制定一個切實可行計劃。

這個可以追溯其 歷史 到 20 世紀 50 年代。當時大多數人生活在核戰的恐懼之中，但少數原子科學家在尋求和平利用核能。他們考慮了種各樣的想法，比如利用核武器來開辟港口和海灣。

由於擔心核爆炸的副作用和破壞力，這些想法大多被否決了。然而，有一個有趣的建議吸引著人們。它被稱為「獵戶座計劃」，尋求利用核彈作為星際飛船的動力來源。計劃的框架很簡單:製造迷你型原子彈，然後從飛船的尾端逐個發射。每次迷你型核彈爆炸，都會產生一股能量沖擊波，推動星際飛船前進。原則上，如果連續釋放一系列迷你型核彈，火箭可能被加速到接近宇宙中最快的光速。這個想法由核物理學家泰德·泰勒和弗里曼·戴森共同提出。泰勒因設計了多種核彈而聞名，從有史以來最大的核裂變炸彈(核爆炸威力約為投擲在廣島原子彈的 25倍)到大衛，克羅克特攜帶型核導彈(其威力是廣島原子彈的千分之一)但他渴望將自己在核彈方面的廣博知識用於和平目的。於是他抓住了製造獵戶座號太空艙的機會。

這一任務主要的挑戰是如何精準控制一系列小爆炸,使星際飛船能安全地駕馭核爆炸的沖擊波而不在這個過程中被摧毀。為了實現這一目的，一系列速度范圍的設計方案被制定出來。其中最大的模型直徑為14 英里，重達 800 萬噸，由 1080 枚炸彈推動。理論上，它可以達到光速的 10%，並在 40 年內到達半人馬座阿爾法星。盡管這艘飛船體型巨大，但計算表明它可能是可行的。

然而，批評人土一致認為，這艘核脈沖星艦會釋放出放射性塵埃。泰勒反駁說，當塵埃和金屬炸彈外殼在爆炸後變得具有放射性時，才會產生放射性塵埃，因此，如果飛船隻在外太空啟動發動機就可以避免這種情況。但是 1963 年的《部分禁止核試驗條約》也使得對小型原子彈的實驗變得更困難。獵戶座號太空艙的最終歸宿是作為一種好奇寫入古老的科學書籍。

核能火箭的缺點:獵戶座號太空艙項目終結的另一個原因是泰德·泰勒本人對此失

去了興趣。既然這似乎是發揮了他的天賦，為什麼不再支持這項 探索 。他解釋說:建造獵戶座號太空艙將會產生一種新型的核彈。盡管他一生大部分時間都在設計鈾裂變炸彈，但他意識到有一天

獵戶座號太空艙可能也會使用特別設計的強大氫彈，他停下了腳步。這些炸彈能釋放科學上已知的最大能量。它們經歷了三個發展階段。20 世紀 50 年代的第一批氫彈是體積巨大的裝置，需要大型船隻來運輸。實際上，它們在核戰爭中毫無用處。第二代核彈是小型、攜帶型多彈頭分導導彈，它們是美國和俄羅斯核武器庫的主力。

核聚變火箭在概念上是可靠的，但是核聚變能量還沒有被證明。此外，這些火箭的巨大規模和復雜性使人們對其可行性產生了懷疑，至少在 21 世紀是這樣的。盡管如此，核聚變火箭被認為是除光帆外最有希望實現的。

知足常樂於上海2019.12.13日

首先核聚變並不難，例如氫彈的工作原理就是核聚變，但氫彈除了作為武器之外，對人類並沒有其他的用處，所以人類真正需要的，是可控的核聚變，從某種意義上來說，太陽就是一個巨大的可控核聚變機器，這個機器可以在數百億年的時間之內，持續的產生能量。

那麼一旦人類掌握了這種技術，就意味著人類跨入了另外一個時代，例如我們都知道科學的發展，離不開對於能源的利用，而現在的主流能源，無非就是石油和煤炭，這兩種能源都是化石燃料，化石燃料最大的問題，就是開采難度大，並且還會產生污染物。

而可控核聚變的原料，是由氫的同位素氘，而氘這種東西，地球上非常非常的多，根據一些計算來看，海洋當中儲存的氘，大概有40萬億噸以上，那麼一般來說0.03克的氘，就可以釋放出300升汽油產生的能量，所以一旦可控核聚變成真，人類就和那些化石能源說再見了。

其次可控核聚變一旦成真，人類必將大規模進入太空，現代人類在 探索 太空的時候，最大的問題就是能源補充，例如國際空間站每隔一段時間，就需要派人去運送物資，但每一次的發射，都需要耗費數千萬美元，所以人類對於太空的 探索 ，會受到相當大的掣肘。

如果可控核聚變的技術能夠實現，人類就可以將成本壓低，甚至我們可以在月球或者火星，建造一個大型的可控核聚變反應堆，一旦這樣的反應堆建成，人類既可以在這個星球上立足，進而改造這個星球，所以可控核聚變的技術，非常非常的重要，只要一旦實現，人類就進入了一個新的時代。

核聚變一旦投入正式運用，最明顯的就是該國的 能源問題 可以說是得到了 永遠解決 。石油可以就退出 歷史 舞台了， 那群靠石油富起來的中東國家，可就哭慘了。 如果中國能率先掌握，老美估計得慌的不行， 民族的復興指日可待 。

咳咳，不多說了，下面就來介紹一些 相關知識 ：
核聚變
其實道理很簡單，如果你能想法設法讓 兩個原子的原子核（一般是氫同位素），撞到一起，聚合為一個新的原子核。在這個過程中能釋放出巨大能量 。愛因斯坦的質能方程就能派上用場了。

不過人工核聚變也是分層的。像氘氚聚變是最早的一代核聚變，比如 一個氘和一個氚反應 ，就能釋放出17.6兆電子伏特的能量。雖然原料是海水，可以說用不完，但是也有缺點。就是要釋放出中子，這樣會導致聚變裝置壽命降低。 最完美的當屬氦3反應 ，沒有中子，也沒有氚的放射性。
可控核聚變的難點
高溫高壓 ：高溫可以讓粒子運動速度加快；高壓，可以是粒子運動范圍縮小，而 這兩個都能提高粒子相互撞擊的概率。

以 太陽為例 ，我們知道太陽無時無刻不在進行這核聚變反應。為什麼它能那麼穩定持續的輸出能量呢？因為太陽發生反應的內核，溫度在一千到兩千萬度左右，並且有著強大的 引力約束 。所以原子核相撞的前提就有了。

但 那項技術是恆星的專利，在地球模擬不了 。於是我們 只能提高溫度，甚至要達到上億度 。但是這么高的溫度的等離子體，增壓才能控制住，保證反應裝置不被「燙」壞？目前主流的方法都是 磁約束 ，這些高溫等離子體，被磁場拘在一起，維持聚變的狀態，不停的旋轉運動。

所以如何做到持續的高溫的同時，還能保證裝置不被損壞。

我們離正式投入使用估計還有幾十年要走。
祝工作順利~期待您的點評！ 右上角關注哦！

攻克核聚變大關，很多人想到的往往是實現了可控核聚變。不過，核聚變的大關不止這一個，突破可控核聚變大關後還會有新的大關。

托克馬克、仿星器等有個外號叫做「人造太陽」，雖然內部進行的也是核聚變，但是和太陽上的核聚變並不一樣。核聚變指的是將輕原子核合成為較重的原子核的過程，在這個過程中可以釋放出大量的能量。不過即使是不可控核聚變，人類目前能夠操作的也只是氘和氚這兩種氫的同位素的核聚變，還不能實現最常見的氫原子核的聚變。盡管目前看地球上的氘和氚資源足夠人類使用一段時間，但人類對能源的需求是不斷擴大的，受控核聚變的實現不會讓人類一勞永逸。

而太陽上主要進行的是質子-質子鏈反應，依靠質子（氫的原子核）就能實現輕核的聚變。太陽可以直接使用更常見的氕進行核聚變，這個過程人類還沒有掌握。質量更大的恆星還能進行更多種的聚變，一直聚變到鐵都是向外釋放能量的。這樣的過程人類更是無能為力。

人類對能源的需求不會因可控核聚變的實現而止，人類對科學的 探索 也是永無止境的。受控核聚變實現後，人類歡呼一下之後，又會投入到對下一個大關的攻克上。

『伍』 人造太陽

所謂「人造太陽」，即先進超導托卡馬克實驗裝置，也即國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)建設工程，是當今世界迄今為止最大的熱核聚變實驗項目，旨在在地球上模擬太陽的核聚變，利用熱核聚變為人類提供源源不斷的清潔能源。核聚變能以氘氚為燃料，具有安全、潔凈、資源無限3大優點，是最終解決我國乃畢襲侍至全人類能源問題的戰略新能源。
人造太陽是可控核聚變的俗稱，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」。人造太陽 「人造太陽」是指科學家利用太陽核反應原理，為人類製造一種能提供禪桐能源的機器——人工可控核聚變裝置，科學家稱它為「全超導托克馬克試驗裝置」。 （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手吵的「容器」，像一個中空的麵包圈，可用來約束電離子的等離子體。）太陽的光和熱，來源於氫的兩個同胞兄弟——氘和氚（物理學叫氫的同位素）在聚變成一個氦原子的過程中釋放出的能量。「人造太陽」就是模仿的這一過程。氫彈是人們最早製造出的「人造太陽」。但氫彈的聚變過程是不可控的，它瞬間釋放出的巨大能量足以毀滅一切。而「全超導托克馬克試驗裝置」卻能控制這一過程。通過一種特殊的裝置已經可以把氘氚的聚變燃料加熱到四億到五億度的高溫區，然後在這么高的溫度下就發生了大量的聚變反應。目前在世界上最大的托克馬克裝置「歐洲聯合環」上面已經獲得了最大的聚變功率輸出，到了16到17兆瓦。但是只能短暫地運行，也就是這個「磁籠」只能存在幾秒、十幾秒鍾，聚變反應也是曇花一現！

『陸』 為什麼一些大國要做人造太陽的研究工作

所謂「人造太陽」，即先進超導托卡馬克實驗裝置，也即國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)建設工程，是當今世界迄今為止最大的熱核聚變實驗項目，旨在在地球上模仿韓國太陽的核聚變，利用熱核聚變為人類提供源源不斷的清潔能源。核聚變能以氘氚為燃料，具有安全、潔凈、資源無限3大優點，是最終解決我國乃至全人類能源問題的戰略新能源。2016年2月3日，中國「人造太陽」EAST物理實驗獲重大突破，實現在國際上電子溫度達到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簡檔變研究方面繼續走在國際前列EAST的成功建設得到國際聚變研究專家的高度評價。由29位國際聚變界權威人士組成的國際顧問委員會在評價意見中指出，「EAST是全世界聚變工程的非凡業績，是全世界聚變能開發的傑出成就和重要里程碑」，「EAST是目前世界上唯一投入運行並擁有類似於即將建設的國際熱核聚變實驗堆（ITER）而採用全超導磁體的托卡馬克裝置。EAST的成功建設和運行為中國平等參加ITER這一重大國攔沒亂際合作奠定了基礎」。由國家發改委、中科院、科技部、國家檔案局、國家環保總局、國家自然科學基金委的領導和相關院士及專家組成的34人驗收委員會認為：EAST超導托卡馬克核聚變實驗裝置項目實現了原定的建設目標，性能在同類裝置中處於國際領先位置。這一具有我國自主知識產權的新一代全超導托卡馬克核聚變實驗裝置率先在我國成功建成，整個實驗系統運行穩定可靠，裝置主機及其重要子系統均達到或超過設計指標，該裝置已全面、優質完成，為我國核聚變事業的發展創造了良好的發展平台，也為我國全面參與國際合作項目奠定了堅實的基礎。國家發改委副主任張曉強說：「這是我國聚變開發史上一個不可缺少的重察滲要步驟，也是我國科學家對世界科技發展的重要貢獻。」

『柒』 托卡馬克詳細資料大全

托卡馬克，是一種利用磁約束來實現受控核聚變的環形容器。它的名字Tokamak 來源於環形、真空室、磁、線圈。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，將其中的電漿加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。

基本介紹

• 中文名 ：托卡馬克
• 外文名 ：Tokamak
• 技術類別 ：可控核聚變裝置
• 約束類型 ：磁約束
• 相似技術產物 ：仿星器
• 競爭技術 ：慣性約束可控核聚變

裝置的主要部件和子系統,核聚變簡介,結構原理,各國概況,歷史發展,現狀及前景,鋼鐵俠中的「方舟反應堆」,

裝置的主要部件和子系統

托卡馬克(Tokamak)是一環形裝置，通過約束電磁波驅動，創造氘、氚實現聚變的環境和超高溫，並實現人類對聚變反應的控制。它的名字Tokamak來源於環形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(mag)、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。 受控熱核聚變在常規托卡馬克裝置上已經實現。但常規托卡馬克裝置體積龐大、效率低，突破難度大。上世紀末，科學家們把新興的超導技術用於托卡馬克裝置，使基礎理論研究和系統運行參數得到很大提高。據科學家估計，可控熱核聚變的演示性的聚變堆將於2025年實現，商用聚變堆將於2040年建成。商用堆建成之前，中國科學家還設計把超導托卡馬克裝置作為中子源，用於環境保護、科學研究及其它途徑。這一構想獲得國內外專家較高評價。 包括磁體（環向場磁體及極向場磁體）、真空室及其抽氣系統、供電系統、控制系統（裝置控制和電漿控制）、加熱與電流驅動系統（中性束和微波）、噴氣及彈丸注入系統、偏濾器及孔闌、診斷和數據採集與處理系統、包層系統、氚系統、輻射防護系統、遙控操作與維修系統等部件（子系統）。雖然強磁場能提高約束性能，但受工程技術和材料限制，環向磁場一般為2~8T；為了獲取穩定的核聚變能輸出，托卡馬克聚變堆最終要採用超導磁體（穩態運行要求），為此要增加杜瓦、冷屏和低溫製冷系統。為將電漿加熱至需要的溫度，大型裝置的總加熱功率為幾十兆瓦，國際熱核實驗堆裝置的加熱功率為73~130MW。

核聚變簡介

核聚變（nuclear fusion），又稱核融合、融合反應或聚變反應[1]核是指由質量小的原子，主要是指氘或氚，在一定條件下（如超高溫和高壓），只有在極高的溫度和壓力下才能讓核外電子擺脫原子核的束縛，讓兩個原子核能夠互相吸引而碰撞到一起，發生原子核互相聚合作用，生成新的質量更重的原子核（如氦），中子雖然質量比較大，但是由於中子不帶電，因此也能夠在這個碰撞過程中逃離原子核的束縛而釋放出轎梁巧來，閉鍵大量電子和中子的釋放所表現出來的就是巨大的能量釋放。這是一種核反應的形式。原子核中蘊藏巨大的能量，原子核的變化（從一種原子核變化為另外一種原子核）往往伴隨著能量的釋放。核聚變是核裂變相反的核反應形式。科學家正在努力研究可控核聚變，核聚變可能成為未來的能量來源。 核聚變的過程與核裂變相反，是幾個原子核聚合成一個原子核的過程。只有較輕的原子核才能發生核聚變，比如氫的同位素氘（dāo）、氚（chuān）等。核聚變也會放出巨大的能量，而且比核裂變放出的能量更大。太陽內部連續進行著氫聚變成氦過程，它的光和熱就是由核聚變產生的。 相比核裂變，核聚變幾乎不會帶來放射性污染等環境問題，而且其原料可直接取自海水中的氘，來源幾乎取之不盡，是理想的能源方式。 人類已經可以實現不受控制的核聚變，如氫彈的爆炸。但是要想能量可被人類有效利用，必須能夠合理的控制核聚變的速度和規模，實現持續、平穩的能量輸出。科學家正努力研究如何控制核聚變。

結構原理

在托卡馬克裝置渣禪中，歐姆線圈的電流變化提 *** 生、建立和維持電漿電流所需要的伏秒數（變壓器原理）；極向場線圈產生的極向磁場控制電漿截面形狀和位置平衡；環向場線圈產生的環向磁場保證電漿的巨觀整體穩定性；環向磁場與電漿電流產生的極向磁場一起構成磁力線旋轉變換的和磁面結構嵌套的磁場位形來約束電漿。同時，電漿電流還對自身進行歐姆加熱。電漿的截面形狀可以是圓形，也可以與偏濾器（位於真空室內部的邊緣區域，通過產生磁分界面將約束區與邊緣區隔離開來，具有排熱、控制雜質和排除氦灰等功能的特殊部件）位形結合設計成D形。在托卡馬克裝置上，已可通過大功率中性束注入加熱和微波加熱使電漿達到和超過氘一氚有效燃燒所需的溫度(>10K)，最高已達4.4×10K。加大裝置尺寸，約束時間大致按尺寸的平方增大。此外，還可通過提高環向磁場、最佳化約束位形和運行模式來提高 能量約束時間。實驗結果表明，托卡馬克裝置已基本滿足建立核聚變反應堆的要求。

各國概況

相比其他方式的受控核聚變，托卡馬克擁有不少優勢。1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆電漿物理和受控核聚變研究國際會議上，阿齊莫維齊宣布在蘇聯的T-3托卡馬克上實現了電子溫度1keV，質子溫度0.5keV，nτ=10的18次方m-3.s，這是受控核聚變研究的重大突破，在國際上掀起了一股托卡馬克的熱潮，各國相繼建造或改建了一批大型托卡馬克裝置。其中比較著名的有：美國普林斯頓大學由仿星器-C改建成的ST Tokamak，美國橡樹嶺國家實驗室的奧爾馬克，法國馮克奈-奧-羅茲研究所的TFR Tokamak，英國卡拉姆實驗室的克利奧（Cleo），西德馬克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak。 高1米4，半徑0.785米 2006年9月28日，中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚變裝置EAST首次成功完成放電實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫電漿放電。EAST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。

歷史發展

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。二十世紀五十年代初期，前蘇聯科學家提出托卡馬克的概念。托卡馬克（TOKAMAK）在俄語中是由「環形」、「真空」、「磁」、「線圈」幾個片語合而成，這是一種形如麵包（多納）圈的環流器，依靠電漿電流和環形線圈產生的強磁場，將極高溫等離子狀態的聚變物質約束在環形容器里，以此來實現聚變反應。 托卡馬克內部 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，約束電漿的磁場，雖然不怕高溫，卻很不穩定。另外，電漿在加熱過程中能量也不斷損失。 1985年，美國里根總統和前蘇聯戈巴契夫總統，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畫，要求「在核聚變能方面進行最廣泛的切實可行的國際合作」。後來戈巴契夫、里根和法國總統密特朗又進行了幾次高層會晤，支持在國際原子能機構（IAEA）主持下，進行國際熱核實驗堆（ITER）概念設計和輔助研究開發方面的合作。這是當時也是當前開展核聚變研究的最重大的國際科學和技術合作工程項目。1987年春，IAEA總幹事邀請歐共體、日本、美國和加拿大、前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，並達成了協定，四方合作設計建造國際熱核實驗堆。 1990年，中國國家科學院等離子所興建大型超導托卡馬克裝置，得到俄、美、歐盟等機構、專家大力的支持。特別是俄羅斯科學家，世界聚變研究最具權威的俄羅斯國家研究中心卡多姆采夫教授，成為裝置建設的「經常性技術指導」。 1993年HT－7建成，中國成為世界上俄、法、日（法國的Tore－Supra，俄羅斯的T-15，日本的JT-60U）之後第四個擁有同類大型裝置的國家。中國在裝置相關的超導、低溫製冷、強磁場等研究都登上新的台階。 1993年12月9日和10日，美國在TFTR裝置上使用氘、氚各50%的混合燃料，使溫度達到3億至4億攝氏度，兩次實驗釋放的聚變能分別為0.3萬千瓦和0.56萬千瓦，大約為JET輸出功率的2倍和4倍，能量增益因子Q值達0.28。與JET相比，Q值又得到很大提高。 1997年9月22日，聯合歐洲環JET又創造輸出功率為1.29萬千瓦的世界紀錄，能量增益因子Q值達0.60，持續時間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。 1997年12月，日本方面宣布，在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1.00。後來，Q值又超過了1.25。在JT－60U上，還達到了更高的等效能量增益因子，大於1.3,它也是從氘－氘實驗得出的結果外推後算出的。 2000年，HT－7實驗放電時間超過10秒，標志中國在這重大基礎理論研究領域中進入世界先進行列。 2002年1月28日，在中國成都的核工業西南物理研究院與合肥西郊的中國科學院等離體物理研究所，基於超導托卡馬克裝置HT－7的可控熱核聚變研究再獲突破，實現了放電脈沖長度大於100倍能量約束時間、電子溫度2000萬攝氏度的高約束穩態運行，中心密度大於每立方米1.2×1019，運行參數居世界前兩位。本輪實驗有來自美、日等14個研究機構的18位外籍專家參與。 2006年，中國新一代「人造太陽」實驗裝置（EAST）實現了第一次「點火」——激發等離子態與核聚變。很快，它就實現了最高連續1000秒的運行，這在當時是前所未有的成就。 EAST 2012年04月22日，中國新一代「人造太陽」實驗裝置（EAST）中性束注入系統（NBI）完成了氫離子束功率3兆瓦、脈沖寬度500毫秒的高能量離子束引出實驗。本輪實驗獲得的束能量和功率創下中國國內紀錄，並基本達到EAST項目設計目標。這標志著中國自行研製的具有國際先進水平的中性束注入系統基本克服所有重大技術難關。

現狀及前景

只有同時達到密度（>10cm）、溫度（>10K）及能量約束時間（>1s）三個條件（或聚變三重積>10cm·K·s）時，才能實現氘一氚自持核聚變反應。這三個條件已經在不同的裝置上分別達到或超過，但還沒有在一個裝置上同時達到或超過。JET（見圖）和JT-60U裝置基本達到能量得失相當條件（Q≈1），JET的氘一氚實驗還得到17MW聚變功率輸出。 歐洲聯合環JET裝置結構簡圖 實驗研究還發現多種改善約束的模式，根據這些模式，托卡馬克型核聚變反應堆的經濟性能還可以進一步提高。基於50多年來在電漿理論、物理實驗研究和工程技術上取得的重大進展，由七方共同參與的超大型國際合作項目國際熱核實驗堆（ITER）計畫已經進入工程建造階段。

鋼鐵俠中的「方舟反應堆」

電影《鋼鐵俠》中的方舟反應堆與托卡馬克極為相似，有可能是根據托卡馬克改編的。

『捌』 我國核能開發的必要性、開發的現狀、可能出現的環境影響、控制及應急方案 。

最好看看 中國核現狀