小型核聚变实验装置

1. 关于核聚变人造小太阳

中国新一代核聚变实验装置有望7月投入运行
新华网北京2月28日电(记者郭丽琨 俞铮)中国科学院等离子体物理研究所28日透露，该所设计制造的新一代核聚变实验装置预计在今年7-8月进行首次放电实验。如果放电成功，这将是世界上第一套实际运行的核聚变实验装置。
中科院等离子所所长李建刚研究员在接受新华社记者采访时说：“建设并试验这套装置——全超导非圆截面托卡马克实验装置(EAST)，是中国开发核聚变能源的重要步骤。”

他说，装置的总装工作目前已基本完成，2月20日进入抽真空和降温、通电实验阶段，预计3月份完成。在7-8月首次等离子体放电实验成功后，将申请国家验收。EAST将获得5千万至1亿度高温、存在时间达1000秒的等离子体。

李建刚说：“首次放电实验成功后，EAST将成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置，这个装置将在未来10年内保持世界先进水平。”

美国、苏联等国在20世纪80年代中期发起了耗资100亿欧元的国际热核实验反应堆(ITER)计划，旨在建立世界上第一个受控热核聚变实验反应堆，中国于2003年加入该计划。中科院等离子所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位。

据李建刚介绍，ITER的核心部分也是一个全超导非圆截面托卡马克，因此，EAST可为ITER提供工程和物理上的预研。

李建刚说，核聚变能的开发研究已在托卡马克类型的磁约束核聚变实验装置上取得了重大进展，证实了建造托卡马克类型的热核聚变反应堆的科学可行性，但目前仍有大量的工程技术和物理问题需要进一步研究、发展和解决，EAST的建设目的也在于此。

中科院等离子所1994年底建成中国第一台超导托卡马克装置HT-7，使中国成为继俄、法、日之后第四个拥有同类实验装置的国家。在此基础上，专家着手研制中国“九五”重大科学工程之一——EAST。从2003年开始，EAST开始进入总装。据介绍，该工程立项时国家投资1.65亿元人民币。(完)

2. 受控核聚变实验装置是什么装置

如同某些重原子能发生裂变，同时释放出巨大的能量一样，某些轻核也能聚变成较重的核，并释放出比裂变时大几倍甚至几十倍的能量。因此，轻核聚变将是人类获得核能的另一条更有远大前景的途径。人们开展了很多这方面的研究，力求在人为可控的条件下将轻原子核（主要为氘、氚等）聚合成较重的原子核，同时释放出巨大能量——这就是所谓的受控核聚变。由于氘在地球的海水中藏量丰富，多达40万亿吨，且反应产物是无放射性污染的氦，因此它具有释放能量密度高、燃料丰富、成本低廉、与环境兼容性强、安全性好等优点。

然而由于聚变反应能够自持进行的条件十分苛刻，要首先使燃料处于等离子体状态，并使等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度并持续足够长的热能约束时间，原子核才可以克服斥力聚合在一起，所以受控核聚变的实现极其艰难。目前这方面的研究分惯性约束和磁约束两种途径。惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变；磁约束是利用强磁场可以很好的约束带电粒子的特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大进展，利用一种环行磁约束装置——托卡马克研究领先于其他途径。

中国一直很重视这方面的研究。中国核工业西南物理学院于1986年自行研制成功托卡马克研究装置——“中国环流器一号”。1994年他们又研制成“中国环流器新一号装置”，更在2002年12月研制成功“中国环流器二号A装置”。位于中国安徽省合肥市的中国科学院等离子体物理研究所承担的HT一7超导托卡马克实验在2002年至2003年冬季取得了重大进展，该装置是将超导技术成功应用于产生托卡马克磁场的线圈上，使得磁约束的连续稳态运行成为现实。这是受控核聚变研究的一次重大突破。中科院等离子体所的HT-7托卡马克实验装置成功的实现了在低杂波驱动下电子温度超过500万度、中心密度大于1．0×1019／m3、长达20秒可重复的高温等离子体放电；实现了电子温度超过1000万度、中心密度大于1．2×1．0 x 1019／m3、超导10秒的等离子体放电。在离子伯恩斯波和低杂波协同作用下，实现放电脉冲长度大于100倍能量约束时间、电子温度2000万度的高约束稳态运行；最高电子温度超过3000万度。

等离子所取得的重大进展表明，HT-7超导托卡马克装置已经成为世界上第二个放电长度达到1000倍热能约束时间。温度为1000万度以上，能对稳态先进运行模式展开深入的物理和相关工程技术研究的超导装置，在稳态高约束运行长度上已达到世界领先水平。

3. 电影中的微型核聚变反应堆有可能实现吗

看过漫威电影《钢铁侠》的人们，或许都向往拥有那样一身所向披靡的战甲。但是，对于驱动战甲的微型核聚变反应堆可能并没有过多在意。那么这样一个核心的角色，现实生活中有没有人在研究呢？

其实，即使是国外较为先进的微型核聚变技术，也还是会存在诸多限制。而且现有技术也只能将核聚变设备缩小到0.3到2米，这与电影《钢铁侠》中手掌心大小的“方舟反应堆”还相差甚远。微型核反应堆要想实现应用，还有很长的路要走。

4. 热核聚变，托卡马克装置

托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克版的内部会产生巨权大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

5. 钢铁侠那种小型核聚变装置，人类何时才能制造出来

能量是我们人类的生存与发展的基础，看上去人类的能量来源似乎多种多样，比如说煤、石油、天然气、水力、风力、太阳能、核电等等，但归根结底，除了核电之外，人类所需的所有能量其实都来自太阳，包括我们人类从食物中获取的能量也是如此。

遗憾的是，在后续的大量重复实验中，研究人员均未观测到可以确定的冷核聚变现象，因此弗莱西曼和庞斯的研究并没有得到科学界的认可。

在此之后，陆续又有人提出多种实现冷核聚变的理论，例如在富氢环境中加热金属粉末、在氘气中利用脉冲放电制造等离子体，然后让其轰击钯电极等等，虽然时不时地有人声称在实验中实现了冷核聚变，但是却无一例外地拿不出令人信服的证据。

综上所述，人类目前根本就找不到实现冷核聚变的方法，而人类目前正在研究的可控核聚变装置的体积又无法大幅度地缩小，因此可以说，至少在可见的未来里，人类都无法制造出钢铁侠那种小型核聚变装置，它只能存在于科幻作品之中。

6. 全超导托卡马克核聚变实验装置的装置概况

建设背景
上世纪90年代初，库尔恰托夫研究所所长卡托姆采夫院士致信李正武院士，表示愿意赠送T-7给中国，该信被转交到时任等离子体所所长的霍裕平院士。等离子体所认真分析了国际核聚变发展的趋向，抓住机遇，果断决策，接收了T-7装置，并动员和组织了全所主要的人力、财力和工程技术力量，投入装置的建设。
T-7装置不是简单的引进，而是根据我们的研究和实验要求进行了根本性改造：将原48个纵场线圈合并改造成24个，并重新设计制作了新的真空室，增加了34个新的窗口，大大改善了装置的可接近性。为开展高功率辅助加热和长脉冲运行实验，设计安装了真空室内主动水冷内衬和新的垂直场系统。建成了国内最大的低温液氦系统和大功率电源系统等九个子系统，使一个原本不具备物理实验功能的T-7装置改造成能够开展多种实验的先进装置--中国第一个、世界第四个超导托卡马克HT-7。
发展过程
1990年10月，与俄协议正式生效；1991年3月，HT-7正式立项；1991年6月T-7所有部件运抵等离子体所；1993年国际上12位著名核聚变科学家组成的国际评估小组对HT-7进行评估，称HT-7是“发展中国家最先进的托卡马克装置，并能进行准稳态运行，使中国核聚变研究接近世界核聚变的前沿”；1994年5月HT-7装置建成；同年7月在励磁控制与保护系统、电流引线和氦、氮冷却管路等相关施工完成后，成功地进行了装置低温调试，最大纵场励磁电流超过5 000A；1994年8月该装置由中科院正式立项，纳入国家大科学工程管理； 1994年12月，在完成了极向场控制系统后又进行了首次工程调试，获得首次等离子体；HT-7在解决了包括电流引线在内的一些关键问题后于1995年春成功地进行了工程联调，从此开始了装置的实验运行；1998年获中科院科技进步奖一等奖；
2003年8月获安徽省2003年度科技进步奖一等奖；2004年1月，“可控热核聚变实验研究获重大突破” 被两院院士评选为“2003年度中国十大科技进展”；2003年财政部开始对大科学工程进行绩效资金考评，中科院将HT-7选为京外试点参加首批考评，成绩优秀。 在HT-7成功运行的基础上，“九五”国家重大科学工程--大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置HT-7U在1998年立项。
1998年7月国家计委下达投资[1998]1303号文，同意由中科院主持，中科院等离子体物理所承担国家重大科学工程项目“HT-7U超导托卡马克核聚变实验装置” 的建造；2000年10月国家计委下达计投资[2000]1656号文，同意该项目的工程开工建设。为使国内外专家易于发音、便于记忆同时又有确切的科学含义，2003年10月HT-7U正式改名为EAST(Experimental and Advanced Superconcting Tokamak)。
EAST工程历经5年多的建设于2006年全面、优质地完成。同年9-10月和2007年1-2月EAST装置进行了两次放电调试，成功获得了稳定、重复和可控的各种磁位形高温等离子体。2007年3月1日EAST项目通过了国家发改委组织的验收。从此，EAST--世界上第一个非圆截面全超导托卡马克正式投入运行。EAST虽然比国际热核聚变试验堆(ITER)小，但位形与之相似且更加灵活。ITER的建设需要10年左右，其间EAST将是国际上极少数可开展与ITER相关的稳态先进等离子体科学和技术问题研究的重要实验平台。它的建成将使我国在人类开发核聚变能的过程中能够做出更多的重大贡献。

7. 核聚变试验装置托卡马克的等离子体需要的高温一千万度如何产生的

不知道楼主问的是托卡马克在开始运行的加热阶段还是以后理想运行态下的加热方式内，因为一开始的加热阶容段不能说是稳态。我都说下。
托卡马克的加热方式有很多种：
1.欧姆加热 利用磁场变化产生感应电动势，进而在等离子体内形成电流，等离子体有电阻，会发生欧姆加热，和电线通电发热的道理一样。
2.微波加热 向托卡马克内发射电磁波，电磁波加热等离子体，和微波炉有点像。
3. 中性束加热 向托卡马克内注入高能粒子，高能粒子把能量传给等离子体，实现加热，和往洗澡水里加热水很像，只是中性束粒子需要先用加速器加速，所以这个用起来有点贵。
目前主要的就是这三种了，一般是先用欧姆加热达到一定温度，再用后面两种，可以达到你说的温度。

以后希望可以做到的理想运行态下：
利用聚变产生的高能粒子自身的能量维持温度并且向外界输送能量。

8. 可控核聚变什么时候能够实现核聚变火箭什么时候能造出来

目前可以在一定程度上实现，但持续时间非常短（<1秒）

多国(包括中国)合作的ITER托卡马克可控聚变实验装置计划在2019年建成。如果顺利的话，预计在2027年实现更持久、稳定的可控聚变。

聚变火箭，也分不同原理。某种意义上说，40年前就已经可以造，原理也不是很复杂——先用传统的化学发动机把火箭送入近地轨道，然后在火箭的后面触发核爆，把核爆产生的冲击波和/或光能转化为火箭加速的动力。(下图为1967年美国做的相关装置的实验)

美国已经设计出一种小型核动力火箭发动机，称为微型核反应堆发动机，大约还要6～7年可制造出来。美国宇航局表示，它在月球探测技术方面想做的主要是加速包括核能推进在内的新推进技术的研发工作。在美国宇航局2003财年预算草案中，有4650万美元用于核推进研究；有7900万美元用于航天器核反应堆研制。自2012年起，经过1万小时运转后，中国成功在“实践9号”科学卫星上完成XIPS-20氙离子推进器的测试工作。该推进器直径只有200毫米，重140千克。

9. 全超导托卡马克核聚变实验装置的基本原理

核能是能源家族的新成员，包括裂变能和聚变能两种主要形式。裂变能是重金属元素的核子通过裂变而释放的巨大能量。受控核裂变技术的发展已使裂变能的应用实现了商用化，如核(裂变)电站。裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。聚变能是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核并释放出的能量。目前开展的受控核聚变研究正是致力于实现聚变能的和平利用。其实，人类已经实现了氘氚核聚变--氢弹爆炸，但那是不可控制的瞬间能量释放，人类更需要受控核聚变。维系聚变的燃料是氢的同位素氘和氚，氘在地球的海水中有极其丰富的蕴藏量。经测算，l升海水所含氘产生的聚变能等同于300升汽油所释放的能量。海水中氘的储量可使人类使用几十亿年。特别的，聚变产生的废料为氦气，是清洁和安全的。因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。这就是世界各国尤其是发达国家不遗余力竞相研究、开发聚变能的根本原因。
受控热核聚变能的研究主要有两种--惯性约束核聚变和磁约束核聚变。前者利用超高强度的激光在极短的时间内辐照氘氚靶来实现聚变，后者则利用强磁场可很好地约束带电粒子的特性，将氘氚气体约束在一个特殊的磁容器中并加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。
托卡马克(Tokamak)是前苏联科学家于20世纪50年代发明的环形磁约束受控核聚变实验装置。经过近半个世纪的努力，在托卡马克上产生聚变能的科学可行性已被证实，但相关结果都是以短脉冲形式产生的，与实际反应堆的连续运行有较大距离。超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，是受控热核聚变能研究的一个重大突破。超导托卡马克使磁约束位形能连续稳态运行，是公认的探索和解决未来聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。目前建造超导装置开展聚变研究已成为国际热潮。
托克马克从本质上说是一种脉冲装置，因为等离子体电流是通过感应方式驱动的。但是，存在所谓的“先进托克马克”运行的可能性，即它们可以利用非感应外部驱动和发生在等离子体内的自然的压强驱动电流相结合而实现运行。它们需要仔细地调节压强和约束使之最佳化。在理论和实验上正在研究这种先进托克马克，因为连续运行对聚变功率的产生是最有希望的，其相对小的尺寸导致比类ITER设计更经济的电站。先进超导托克马克实验装置是指装置的环向磁场和极向磁场线圈都是超导材料绕制而成的，它可以大大节省供电功率，长时间维持磁体工作，并且可以得到较高的磁场。
等离子体物理研究所主要从事高温等离子体物理、受控热核聚变技术的研究以及相关高技术的开发研究工作，担负着国家核聚变大科学工程的建设和研究任务,先后建成HT-6B、HT-6M等托卡马克实验装置。1994年底，等离子体所成功地建成我国第一台大型超导托卡马克装置HT-7，使我国进入超导托卡马克研究阶段，研究成果引起了国际聚变界的广泛关注。“九五”国家重大科学工程--大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置EAST计划的实施，标志着我国进入国际大型聚变装置(近堆芯参数条件)的实验研究阶段，表明中国核聚变研究在国际上已占有重要地位。