托卡馬克可控核聚變實驗裝置

A. 可以用於發電的可控核聚變大概多少年能實現目前投入大量資金是否值得

可以用於發電的可控核聚變大概多少年能實現？目前投入大量資金是否值得？

提起「人造太陽」，我們都會想到可控核聚變，想到托卡馬克裝置，這種熱核聚變反應堆被認為是解決人類未來電能等能量需求的絕佳方式，因為它可控熱核聚變可以穩定的產生極高的能量，而且清潔無污染，是最理想的電能等能量的來源渠道。

中國環流器二號M裝置由中國核工業集團西南物理研究院自主設計和建造，並聯合國內多家研製單位，在裝置結構設計、特殊材料研製、關鍵部件研發和總裝集成等方面取得了多項突破，為後續我國在這方面的發展培養了技術、製造和經驗基礎。

B. 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。

C. 給氫彈裝上托卡馬克裝置可控核聚變可行嗎

為什麼核聚變不可控？大規模爆炸是不行，但現在有磁約束核聚變和慣性核聚變啊。版磁約束核聚變是權將氘加熱到一億到三億度時用磁場製成的「牢籠」來約束高溫等離子體，裝置叫做托卡馬克和仿星器。這個方向已經可以實現核聚變，只不過現在正在探索核聚變的商用的模式，即更高效率地釋放能量慣性約束核聚變是用很多束激光全面照射燃料靶丸形成瞬間高溫和高壓條件引發核聚變以上兩個方向中國都有，磁約束有EAST和HL-2A，慣性約束有「神光」

D. 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。

E. 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。

F. 我國自行研製了可控熱核反應實驗裝置「超導托卡馬克」（英名稱：EAST，俗稱「人造太陽」）．設可控熱核實

A、可控熱核反應裝置中發生的核反應方程式是₁²H+₁³H→₂⁴He+₀¹n，故A正確；
B、核反應過程中質量版數守恆，但質量不守權恆，核反應過程中存在質量虧損，因此m₁+m₂≠m₃+m₄，故B錯誤；
C、核反應過程中的質量虧損△m=m₁+m₂-m₃-m₄，釋放的核能△E=△mc²=（m₁+m₂-m₃-m₄）c²，故C正確；
D、這種裝置的核反應是核聚變，我國大亞灣核電站所使用核裝置是核裂變，它們的核反應原理不相同，故D正確；
本題選不正確的，故選B；

G. 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。

H. 新型可控核聚變思路求驗證，看是否可行，物理高手們看下吧！

1.可控核聚變的發生條件 產生可控核聚變需要的條件非常苛刻。我們的太陽就是靠核聚變反應來給太 EAST全超導非圓截面核聚變實驗裝置
陽系帶來光和熱，其中心溫度達到1500萬攝氏度，另外還有巨大的壓力能使核聚變正常反應，而地球上沒辦法獲得巨大的壓力，只能通過提高溫度來彌補，不過這樣一來溫度要到上億度才行。核聚變如此高的溫度沒有一種固體物質能夠承受，只能靠強大的磁場來約束。此外這么高的溫度，核反應點火也成為問題。不過在2010年2月6日，美國利用高能激光實現核聚變點火所需條件。中國也有「神光2」將為我國的核聚變進行點火。 2.核聚變的反應裝置 目前，可行性較大的可控核聚變反應裝置就是托卡馬克裝置。 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。