托克马克实验装置偏滤器

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人造太阳——挡不住的诱惑Comments>>
科学松鼠会 发表于 2011-06-05 09:05
万物生长靠太阳，人类生存自然也离不开太阳。我们生火煮饭的柴草来自太阳，水力发电来自太阳，汽车里燃烧的汽油来自太阳……实际上，迄今为止，除了核能以外，我们使用的所有能源几乎都来自太阳。太阳像所有的恒星一样进行着简单的热核聚变，向外无休止地辐射着能量。
我们现今所使用的能源，有些直接来自太阳，有些是太阳能转化的能源，像水能、风能、生物能，有些是早期由太阳能转化来的一直储存在地球上的能源，像煤炭、石油这样的化石燃料。人类社会发展到今天，仅靠太阳给予的可用能源已经不够用了。人类能源消耗快速增加，水能的开发几近到达极限，风能、太阳能无法形成规模。我们今天使用的主要能源是化石燃料，再有100多年即将用尽。人们还抱怨化石燃料对大气造成了污染，增加了温室气体。要知道它们是太阳和地球用了上亿年才形成的，但只够人类使用三四百年，而且它们是不可再生的。另外，煤炭、石油等是人类重要的自然资源，作为燃料烧掉是非常可惜的。人们无不担心，煤和石油烧完了，而其他能源又接替不上该怎么办？能源危机开始困扰着人类，人们一直在寻找各种可能的未来能源，以维持人类社会的持续发展。
造一个太阳
细心的人会发现，在元素周期表中，虽然元素是由质子和中子成对增加依次构成的，但是原子的重量却不是按质子和中子的增加而等量增加的。在较轻的原子中，质子和中子的重量偏重，如果两个轻的原子合成一个重原子，两个轻原子的原子量之和往往重于合成的重原子。同样，在较重的原子中，质子和中子的重量也偏重，一个重原子分裂为两个轻原子，重原子的原子量一般重于两个轻原子之和。只是在铁元素附近的原子中，质子和中子的重量偏轻。由此可见，在原子核反应中，质量是不守恒的，即出现了所谓的质量亏损。这些质量到哪里去了呢？按照爱因斯坦的质能关系公式E=mc2，亏损的质量转换为能量，由于c2是个巨大的系数，很小的质量就可释放出巨大的能量。科学家正是基于这一点，利用重金属的核裂变制造出了原子弹，利用轻元素的核聚变制造出了氢弹。
原子弹和氢弹的巨大威力令人惧怕，同时也让人们兴奋，因为原子中蕴藏的能量太大了，能否利用这种能源是人们自然想到的问题。原子弹和氢弹中的巨大能量是在瞬间释放出来的，而要作为常规能源使用，就必须实现可控制的核裂变和核聚变。对于核裂变来说，控制起来相对比较容易，裂变核电站早已经实现商业运行。但能用来产生核裂变的铀235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长寿命的放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。
对人们来说，最具诱惑力的自然是核聚变，它的单位质量产生的能量比核裂变还要大几倍。实际上，宇宙中最常见的就是氢元素的聚变反应，所有的恒星几乎都在燃烧着氢，因为氢是宇宙中最丰富的元素。氢的聚变反映在太阳上(还有少量其他核聚变)已经持续了近50亿年，至少还可以再燃烧50亿年。氢在地球上也是非常丰富的，每个水分子中都有2个氢原子，但最容易实现的聚变反应是氢的同位素—氘与氚的聚变(氢弹就是这种形式的聚变)。氘和氚发生聚变后，2个原子核结合成1个氦原子核，并放出1个中子和17.6兆电子伏特能量。就氘来说，它是海水中重水(水分子为H2O，重水为D2O，只占海水中的一小部分)的组成元素，海水中大约每6500个氢原子中有1个氘原子。每升水约含30毫克氘(产生的聚变能量相当于300升汽油)，其储量就多达40万亿吨。一座1000兆瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304公斤，海水中的氘足够人类使用上百亿年，这就比太阳的寿命还要长了，更不要说再使用氢了。另外，除氚具有放射性危险之外，氘-氚聚变反应不产生长寿命的强放射性核废料，其少量放射性废料也很快失去放射性。氘-氘反应没有任何放射性。可以说氢及其同位素的聚变反应是一种高效清洁的能源，而且真正是用之不绝。既然恒星上都在进行着这样的核聚变，地球上也不缺这种核聚变的原料，只要实现可控的核聚变，就可以造出一个供人们永久使用的“太阳”。实际上，自从人们揭开太阳燃烧的秘密以来，就一直希望模仿太阳在地球上实现核聚变从而为人类提供无尽的能源。尽管50多年过去了，人们只见到了氢弹的爆炸，而没有看到一座核聚变发电站的出现，但它诱人的前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。
比想象的要难
在太阳上由于引力巨大，氢的聚变可以自然地发生，但在地球上的自然条件下却无法实现自发的持续核聚变。在氢弹中，爆发是在瞬间发生并完成的，可以用一个原子弹提供高温和高压，引发核聚变，但在反应堆里，不宜采用这种方式，否则反应会难以控制。
根据核聚变发生的机理，要实现可控制的核聚变实际上比造个太阳要难多了。我们知道，所有原子核都带正电，两个原子核要聚到一起，必须克服静电斥力。两个核之间靠得越近，静电产生的斥力就越大，只有当它们之间互相接近的距离达到大约万亿分之三毫米时，核力(强作用力)才会伸出强有力的手，把它们拉到一起，从而放出巨大的能量。要使它们联起手来并不难，难的是既要让它们有拉手的机会又不能让他们过于频繁地拉手。要使它们有机会拉手，就要使粒子间有足够的高速碰撞的机会，这可以增加原子核的密度和运动速度。但增加原子核的密度是有限制的，否则一旦反应加速，自身放出的能量会使反应瞬间爆发。据计算，在维持一定的密度下，粒子的温度要达到1～2亿度才行，这要比太阳上的温度(中心温度1500万度，表面也有6000度)还要高许多。但这样高的温度拿什么容器来装它们呢？
这个问题并没有难倒科学家，20世纪50年代初，苏联科学家塔姆和萨哈罗夫提出磁约束的概念。苏联库尔恰托夫原子能研究所的阿奇莫维奇按照这样的思路，不断进行研究和改进，于1954年建成了第一个磁约束装置。他将这一形如面包圈的环形容器命名为托卡马克(tokamak)。托卡马克是“磁线圈圆环室”的俄文缩写，又称环流器。这是一个由封闭磁场组成的“容器”，像一个中空的面包圈，可用来约束电离了的等离子体。我们知道，一般物质到达10万度时，原子中的电子就脱离了原子核的束缚，形成等离子体。等离子体是由带正电的原子核和带负电的电子组成的气体，整体是电中性的。在磁场中，它们的每个粒子都是显电性的，带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动，所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中。这种环形的磁场又叫磁瓶或磁笼，看不见，摸不着，也不接触有形的物体，因而也就不怕什么高温了，它可以把炙热的等离子体托举在空中。

人们本来设想，有了“面包炉”，只需把氘、氚放入炉内加火烤制，把握好火候，能量就应该流出来。其实不然，人们接着遇到的麻烦是，在加热等离子体的过程中能量耗散严重，温度越高，耗散越大。一方面，高温下粒子的碰撞使等离子体的粒子会一步一步地横越磁力线，携带能量逃逸；另一方面，高温下的电磁辐射也要带走能量。这样，要想把氘、氚等离子体加热到所需的温度，不是件容易的事。另外，磁场和等离子体之间的边界会逐渐模糊，等离子体会从磁笼里钻出去，而且当约束等离子体的磁场一旦出现变形，就会变得极不稳定，造成磁笼断开或等离子体碰到聚变反应室的内壁上。

步步逼近
托卡马克中等离子体的束缚是靠纵场(环向场)线圈，产生环向磁场，约束等离子体，极向场控制等离子体的位置和形状，中心螺管也产生垂直场，形成环向高电压，激发等离子体，同时加热等离子体，也起到控制等离子体的作用。
几十年来，人们一直在研究和改进磁场的形态和性质，以达到长时间的等离子体的稳定约束；还要解决等离子体的加热方法和手段，以达到聚变所要求的温度；在此基础上，还要解决维持运转所耗费的能量大于输出能量的问题。每一次等离子体放电时间的延长，人们都为之兴奋；每一次温度的提高，人们都为之欢呼；每一次输出能量的提高，都意味着我们离聚变能的应用更近了一步。尽管取得了很大进步，但障碍还是没有克服。到目前为止，托卡马克装置都是脉冲式的，等离子体约束时间很短，大多以毫秒计算，个别可达到分钟级，还没有一台托卡马克装置实现长时间的稳态运行，而且在能量输出上也没有做到不赔本运转。
为了维持强大的约束磁场，电流的强度非常大，时间长了，线圈就要发热。从这个角度来说，常规托卡马克装置不可能长时间运转。为了解决这个问题，人们把最新的超导技术引入到托卡马克装置中，也许这是解决托卡马克稳态运转的有效手段之一。目前，法国、日本、俄罗斯和中国共有4个超导的托卡马克装置在运行，它们都只有纵向场线圈采用超导技术，属于部分超导。其中法国的超导托卡马克Tore-Supra体积较大，它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置，在放电时间长达120秒的条件下，等离子体温度为2000万度，中心粒子密度每立方米1.5×1019个。中国和韩国正在建造全超导的托卡马克装置，目标是实现托卡马克更长时间的稳态运行。
50年来，全世界共建造了上百个托卡马克装置，在改善磁场约束和等离子体加热上下足了功夫。在上世纪70年代，人们对约束磁场研究有了重大进展，通过改变约束磁场的分布和位形，解决了等离子体粒子的侧向漂移问题。世界范围内掀起了托卡马克的研究热潮。美国、欧洲、日本、苏联建造了四个大型托卡马克，即美国1982年在普林斯顿大学建成的托卡马克聚变实验反应堆(TFTR)，欧洲1983年6月在英国建成更大装置的欧洲联合环(JET)，日本1985年建成的JT-60，苏联1982年建成超导磁体的T-15，它们后来在磁约束聚变研究中做出了决定性的贡献。特别是欧洲的JET已经实现了氘、氚的聚变反应。1991年11月，JET将含有14%的氚和86%的氘混合燃料加热到了摄氏3亿度，聚变能量约束时间达2秒。反应持续1分钟，产生了1018个聚变反应中子，聚变反应输出功率约1.8兆瓦。1997年9月22日创造了核聚变输出功率12.9兆瓦的新记录。这一输出功率已达到当时输入功率的60%。不久输出功率又提高到16.1兆瓦。在托卡马克上最高输出与输入功率比已达1.25。
中国的核聚变研究也有较快的发展，西南物理研究院1984年建成中国环流器一号(HL-1)，1995年建成中国环流器新一号。中国科学院等离子体物理研究所1995年建成超导装置HT-7。HT-7是前苏联无偿赠送给中国的一套纵向超导的托卡马克实验装置，经等离子体物理研究所的不断改进，它已成为一个宠大的实验系统。它包括HT-7超导托卡马克装置本体、大型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂的诊断测量系统。在十几次实验中，取得若干具有国际影响的重大科研成果。特别是在2003年3月31日，实验取得了重大突破，获得超过1分钟的等离子体放电，这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置。在HT-7的基础上，等离子体物理研究所研制和设计了全超导托卡马克装置HT-7U(后来名字更改为EAST，Experimental Advanced Superconcting Tokamak)。

EAST或者称“实验型先进超导托卡马克”，是一台全超导托卡马克装置，受到国际同行的瞩目。国际专家普遍认为，EAST可能将成为世界上第一个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性，更有利于科学家探索等离子体稳态先进运行模式，其工程建设和物理研究将为“国际热核聚变实验堆”(ITER)的建设提供直接经验和基础。
为了达到聚变所要求的条件，托卡马克已经变为一个高度复杂的装置，十八般武艺全用上了，其中有超大电流、超强磁场、超高温、超低温等极限环境，对工艺和材料也提出了极高的要求，从堆芯上亿度的高温到线圈中零下269度的低温，就可见一斑。
合作之路
从上个世纪50年代初，美国和苏联分别开始秘密地研究可控的核聚变，因为核聚变反应堆不仅可以获取用之不绝的能源，还可以用作稳定的中子源，例如可用来生产核裂变原料。但理论研究和实验技术上遇到一个又一个难以逾越的障碍，不久独立进行研究的各国就认识到这件事并不容易，只有开展广泛的国际合作才是加速实现核聚变能利用的可行之路。随后逐渐相互公开研究资料和进展，开始了合作之路。即使在冷战时期，其他核技术都是相互保密的，惟独热核聚变技术是相互公开的。
1985年，美国总统里根和苏联总统戈尔巴乔夫，在一次首脑会议上倡议开展一个核聚变研究的国际合作计划，要求“在核聚变能方面进行最广泛的、切实可行的国际合作”。戈尔巴乔夫、里根和法国总统密特朗后来又进行了几次高层会晤，支持在国际原子能机构主持下，进行国际热核实验反应堆，即ITER的概念设计和辅助研究开发方面的合作。

1987年春，国际原子能机构总干事邀请欧共体、日本、美国和加拿大、苏联的代表在维也纳开会，讨论加强核聚变研究的国际合作问题，并达成协议，四方合作设计建造国际热核实验堆，并由此诞生了第一个国际热核实验堆的概念设计计划。计划将于2010年建成一个实验堆，预期产生热功率1500兆瓦、等离子体电流2400万安培，燃烧时间可达16分钟。
随后，由于苏联的解体，计划受到很大影响，1999年美国的退出使ITER计划雪上加霜。日本和欧共体国家于是成为支持国际磁约束聚变研究计划的主体力量。经过多年的努力，ITER工程设计修改方案也终于在2001年6月圆满完成。
根据计划，首座热核反应堆总造价为约40亿欧元。聚变功率至少达到500兆瓦。等离子体的最大半径6米，最小半径2米，等离子体电流1500万安培，约束时间至少维持400秒。未来发展计划包括一座原型聚变堆在2025年前投入运行，一座示范聚变堆在2040年前投入运行。
2003年2月18日，美国宣布重新加入这一大型国际计划，中国也于前一个月正式加入该项计划的前期谈判。19日，国际热核实验反应堆计划参与各方在俄罗斯圣彼得堡决定，将于2013年前在日本、西班牙、法国和加拿大四国中的一个国家中建成世界上第一座热核反应堆。
2003年12月20日在华盛顿召开的一次非常热闹的会议上出现了两军对垒的形势：欧盟、中国和俄罗斯主张把反应堆建在法国的卡达拉齐（Cadarache），而美国、南朝鲜和日本则主张建在日本的六所村。因为没有选择加拿大作为反应堆候选国，加拿大政府随后宣布，由于缺乏资金退出该项目。

最终的ITER参与国
ITER的相关会议确定，反应堆所在国出资48%，其他国家各出资10%。经过各项细节谈判，2007年反应堆终于在法国南部的卡达拉齐开始动工建造。

尽管ITER计划采用了最先进的设计，综合了以往的经验和成果，比如采用全超导技术，但它的确还面临重重挑战。即使它能如期在2018年如期建成，这个10层楼高的庞大机器能否达到预期目标也还是个未知数。诸如探索新的加热方式与机制为实现聚变点火，改善等离子体的约束性能，反常输运与涨落现象研究等前沿课题，偏滤器的排灰、大破裂的防御、密度极限、长脉冲H-模的维持、中心区杂质积累等工程技术难关还有待于各国科技工作者群力攻关。即使对ITER的科学研究真的成功了，聚变发电站至少还要30～50年以后才能实现。
尽管如此，我们还是看到了人造太阳露出的晨曦

❷ 如果太阳熄灭，人造太阳对人类有什么好处呢

在美国加利福尼亚州的利弗莫尔国家实验室国家点火装置(NIF)建设地点，科学家正在向建全球首个可持续聚变反应堆----被称为“人造太阳”的目标迈进。

这位发言人说：“要想发生核聚变燃烧与增益，首先必须‘点燃’由氢的同位素氘和氚构成的特殊燃料。20世纪70年代，科学家开始利用强大的激光束进行试验，压缩和加热氢的同位素，使其达到它们的熔点，这一技术被称作惯性约束核聚变。利用激光束快速加热，导致目标物的最外层发生爆炸。根据牛顿的第三定律，目标物的剩余部分在强烈内爆的驱使下，内部的燃料受压缩，形成一个冲击波，这会进一步加热中心区域的燃料，导致可持续性燃烧，即已知的点火。”

计算机自动控制集成系统所在地国家点火装置控制室，是模仿德克萨斯州休斯顿美国宇航局的任务控制中心建设的，它是有史以来为科学仪器设计的最复杂的自动控制系统之一。国家点火装置的一位发言人说：“它的850台电脑使激光束的间隔不超过50微米。”

核裂变能是核电站采用的形式，迄今为止它已引发了众多事故，例如1986年的切尔诺贝利核泄漏事故。然而核聚变能与前者不同，它不仅安全，而且相对还很环保。国家点火装置的一位发言人说：“尽管核聚变是一种核子过程，但是它与裂变过程不同，因为核聚变反应不产生放射性副产品。核聚变能非常有希望成为一种长期的未来能源，因为核聚变所需的燃料在地球上比较丰富，而且它产生的能源比较安全和环保。”

这位发言人说：“氘是从海水里萃取出来的，氚来自金属锂，这是土壤里的一种常见元素。一加仑海水可提供相当于300加仑汽油产生的能量，50杯海水产生的燃料所含的能量，相当于2吨煤。核聚变电站将不会产生碳，而且生成的放射性副产品也比当前的核电站更少，储存方法也更简单。核聚变电站的核反应堆失控或‘坍塌’，也不会造成危险。因此，核聚变能将对环境和经济都有利。国家点火装置只是第一步，要达到这个目标，科研人员还要进行更多研究和技术开发工作。”

❸ 人造太阳有什么最新进展

截止2020年7月28日，国际热核聚变实验堆（ITER）计划重大工程安装启动仪式在法国该组织总部举行。

“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，建造约需10年，耗资50亿美元（1998年值）。

2006年5月，经国务院批准，中国ITER谈判联合小组代表我国政府与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共同草签了ITER计划协定。

(3)托克马克实验装置偏滤器扩展阅读

一直以来，中核集团高度重视“人造太阳”核心部件安装工作，多次对项目进展相关工作进行部署，对ITER组织疫情防控工作表示关切，并对ITER组织捐赠防疫物品。在开工仪式现场，中核集团联合体全体建设者表示，中核集团将勇于担当，发挥科研创新和工程建设等优势，与国际同行齐心协力，有信心保质保量完成任务，为“人造太阳”顺利推进贡献中国智慧和中国力量。

2019年9月，中核集团中国核电工程有限公司牵头的中法联合体正式与ITER组织签订了TAC-1安装合同。TAC-1安装标段工程是ITER托卡马克装置最重要的核心设备安装工程，其重要性相当于核电站的反应堆、人体的心脏。

❹ EAST的EAST项目进展

1993年10月，以欧共体聚变部名誉主任帕仑布教授为首的来自国际上各大核聚变实验室的12位著名聚变科学家，对等离子体所当时正在建设的HT-7超导托卡马克装置和研究所聚变研究发展战略进行了评议，等离子体所在会上第一次提出分三阶段实施聚变科学研究的计划。
1994年底，中科院基础局邀请6位院士和8位专家在合肥召开了“HT-7U超导托卡马克计划座谈会”，HT-7U计划首次较正式提出。
1996年初，部分两院院士在北京京西宾馆对“九五”国家重大科学工程项目进行初步评估，HT-7U装置建设第一次得到国家级专家的赞同并被列入前十位项目中。
1997年6月，国家科技领导小组批准中国科学院关于“HT-7U大科学工程项目立项”的申请，该项目正式进入国家重大科学工程项目的立项操作程序。
1997年10月，国家计委委托中科院主持召开“HT-7U工程项目建议书专家评估会”；该项目的建设方案和计划获得与会专家的好评。
1998年4月10-11日，HT-7U正式通过了国家计委委托中国国际工程咨询公司主持召开的HT-7U项目建议书专家评估会的评估论证。
1998年7月8日，国家计委正式批复HT-7U项目建议书（计投资[1998]1303号文），同意由中国科学院主持，中科院等离子体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，投资1.65亿元。
1998年10月，HT-7U可行性研究报告通过了中科院基建局主持的专家评估会。
1998年12月，HT-7U可行性报告被批准。
1999年10月，HT-7U扩初设计和概算被批准 。
2000年10月，国家计委正式批准HT-7U开工建设（计投资[2000]1656号文）。
2000年11月4日，来自俄罗斯的2号制冷机经过一年的改造，在为超导线圈实验供冷的首轮调试中一次获得成功。4日凌晨1时，制冷机降至氦液化温度并生产出液氦。
2001年5月31日，HT-7U主机的两个大部件--外真空、真空室本体的外协加工合同举行了签字仪式（右图），标志着HT-7U主机正式进入加工制造阶段。
2001年8月20日，HT-7U电流引线装入实验杜瓦（左图）。
2001年8月22日，HT-7U纵场线圈的重要加工设备—XK2425/IB数控龙门铣 （武汉机床厂提供）经过安装、调试，成功通过验收（右图）。纵场超导磁体的最外面是一个设计尺寸精度高，体积大、超薄、槽深、全焊接的大型D形截面线圈盒。通过外协单位加工的线圈盒焊接毛坯件在放入一次VPI处理的纵场线圈后经过封焊，将在数控机床上进行精加工。
2001年8月26日，HT-7U的600米CICC哑导体试制成功。
2001年10月29日，HT-7U大型超导模型线圈（左 图）实验成功。22日晚7:00超导实验系统开始降温，27日2:20进入超导状态，14:00模
型线圈达到接近工作温度的5.5k，14:20模型线圈开始进行多种模式的加电流实验，28日连续进行的大电流、较大电流变化率等实验均获得成功，各系统工作状态基本正常。
2001年11月27-28日，经过现场测试，VPI-1000型环氧树脂真空-压力浸渍设备（右图）已达到并优于合同规定的各项技术指标，顺利通过设备验收。2002年2月6日，HT-7U第一饼1：1的代用料纵场线圈绕制完毕（左图）。
2002年3月11日，HT-7U第一根用于超导纵场线圈的604米的CICC导管顺利诞生。20日该导体压方成型（右图）。HT-7U需要生产58根，长32公里的导体，共有2900多个接头。为了确保接头质量，使用了六种检测方法(X光、超声、着色、内窥镜加塞规、真空检漏和打压)，严格按要求逐一对接头进行检测。为解决缆线从要求1毫米间隙的600米长管中穿过，特别设计了一种小直径的拉绳卡头，获得了国家专利权。CICC导体预压成形的工艺通过不断摸索实践，最终达到了0.1毫米的尺寸控制精度。
2002年4月3日，HT-7U超导中心螺管模型线圈成功脱模，标志着中心螺管模型线圈VPI成功结束。
2002年4月9日，HT-7U第二根600米CICC导体完成穿缆后顺利压方成型。
2002年7月13日，龙门结构CICC导体予弯成型机已开始绕制TF002A线圈（左图），它可与悬臂结构成型机同时进行绕制，绕线进度能提高一倍。
2002年8月21日，绕线车间第一条生产线的悬臂结构CICC导体予弯成型机上的TF001B下线。8月27日，第二条生产线的龙门结构CICC导体予弯成型机上的TF002A线圈下线（右图）。
2002年12月9日，HT-7U超导线圈VPI设备—4200型环氧树脂真空压力浸渍设备通过验收（左图）。这套为HT-7U专门研制的设备，是国内第一套集真空、压力、浇注功能于一体的VPI设备，是国内目前最大的真空压力浇注设备，也是同类设备中技术要求最高、技术含量最高的VPI设备。它具有高真空度，较先进的薄膜脱气，安全、易控、均温的导热油加热系统和性能可靠，自动化程度高的液压、错齿、氟橡胶密封结构。该设备在沈阳出厂前已进行了严格的检验，并获得了压力容器合格证。
2003年3月16日，HT-7U纵场哑缆线圈完成VPI固化（右图）。2003年5月12日，HT-7U第一个纵场线圈VPI处理成功。VPI处理成功后的纵场线圈，外观规整，色泽透明。其整体性，绝缘强度，尺寸误差等完全符合设计要求。
2003年5月12日，HT-7U取得了重大进展――第一个超导中心螺管原型线圈（左图为电脑设计图）成功通过性能测试。中心螺管线圈是HT-7U最关键的部件，其作用是通过快速磁通变化产生初始阶段的等离子体电流。“五一”期间在实验杜瓦内安装连接了超导中心螺管线圈。6日实验系统开始降温。11日达到超导工作温区后开始了性能测试。由于性能测试必须在快速变化的大电流条件下完成，对失超保护技术、电源及其控制技术、低温、真空以及测量等都提出了很高的要求。12日完成了全部预期的性能测试，获得了一系列鼓舞人心的重要结果。实验显示极向场电源系统完全达到设计要求，为未来HT-7U装置的成功运行奠定了坚实基础。这次实验的成功表明HT-7U难度最大，最具挑战性的超导中心螺管线圈已经全面达到了设计要求。
2003年6月30日-7月7日，HT-7U成功进行了纵场原型线圈超导电磁性能、机械性能、热工水力性能测试（右图）。经过100小时的降温，线圈成功进入超导状态。此后模拟HT-7U装置纵场的工作条件，分别进行了纵场原型线圈在14.3千安和16千安电流下的超导实验，并在6.8K温度下测试了该线圈的失超电流。结果显示，线圈的性能达到设计参数，完全满足未来HT-7U运行的要求。HT-7U的纵场线圈外形为D型，共16个，沿环向排列组成纵场线圈系统，提供稳定的环形磁场以约束等离子体。
2003年7月28日，HT-7U超大型的第3台绕线机正式投入生产（左图）。
2003年8月7日，HT-7U的TF005超导磁体开始性能测试实验。
2003年10月，项目名称由HT-7U改为EAST。
2003年10月10-11日，25名来自英、德、美、日、俄、法、印等国的著名聚变研究所所长和国际聚变研究组织负责人以及“国际热核聚变试验堆”计划负责人组成的国际顾问委员会对EAST进行了考察评估。专家们认为：EAST将是一个对世界聚变研究产生重要影响的先进科学设备、是世界上第一个同时具有全超导磁体和灵活的冷却结构的托卡马克，能实现稳态运行。EAST是中国聚变研究向前迈出的一大步，使中国新一代聚变研究人才的培养取得了巨大成功。EAST具有先进的等离子体形状(非圆截面)、偏滤器功率和杂质处理能力，能开展稳态条件下的关键物理和工程问题研究，与聚变堆和ITER的建设直接相关。
2003年10月15日，EAST第一个极向场大线圈完成绕制。
2004年3月2日，EAST第一个极向场大偏滤线圈完成绕制。
2004年3月30日，EAST极向场超导大线圈的真空压力浸渍获得成功（左图）。这是一项高技术、高难度、高风险的创新性工作，属国内首创。该项目的研制成功，标志着EAST大科学工程重大技术难题又一次获得突破。
2004年4月1日，EAST首件纵场超导磁体通过专家评审组的验收（右图）。该大型D形超导磁体为EAST装置的TF3号纵场磁体。研制过程中采用了多种属国内创新性的关键技术和独到工艺。经严格检验表明磁体质量优良,完全达到了设计指标要求。该磁体打研制填补了国内大型超导磁体的空白，为国际聚变界做出了重要贡献。研究中取得的经验和教训，为以后的ITER(国际热核聚变试验堆)积累了宝贵的经验。
2004年6月12日，随着最后一根管内铠装电缆超导导体(CICC)的收缆成功，CICC生产线高质量地完成EAST所需的全部CICC导体。
2004年9月2日，由芜湖造船厂研制加工的EAST的核心部件、超导磁体最重要的结构部件之一--超导纵场线圈盒焊接坯件通过了验收。芜湖造船厂已经完成了所承担的EAST所有坯件的加工，比原计划提前了4个月零10天（左图为2002年6月18日纵场线圈盒在芜湖造船厂正式开工）。经过多次成型和焊接工艺实验，攻克了316LN超低碳高氮无磁不锈钢的大面积施焊、大型复杂轮廓焊接组件的焊接应力消除及变形控制等大量的重大工艺技术难关，填补了国内的空白，达到了国际先进水平，对EAST的建设做出了重要贡献。
2004年9月底，EAST按工程进度要求高质量完成了全部34个纵场线圈，7个中心螺管线圈，4个极向场大线圈，4个偏滤器线圈和2个试验线圈，总共51个大型超导线圈的绕制任务，线圈外形尺寸偏差小于1.5毫米，达到了国际先进水平。
2004年10月14日，EAST组成的验收小组赴上海锅炉厂核化公司 ，对完成加工的EAST外真空杜瓦的中环、封头两组件的检验数据报告和表面处理状况进行了检查复核（右图）。验收组认为，杜瓦两组件的总体质量优良，达到了设计要求 ，尤其在窗口位置和分度等精度控制方面达到较高水平，同意验收。
2005年3月18日，EAST顺利完成第九个TF线圈的套装，开始第四组纵场线圈预组装（16个TF线圈，共分四组预装）。
2005年8月22日，EAST重达15.7吨的中心螺管组件和重8.7吨的上部偏滤线圈安装到位（左图）。
2006年1月，EAST完成了预总装，2月20日进入抽真空和降温、通电实验阶段。
2006年3月13日21点55分，EAST第12号极向场线圈通电获得成功（右图为通电实验波形图）。本次实验目的是检测磁体、线圈盒、传输线等部分的热工水力特性，失超检测对极向场线圈补偿调试，电磁测量系统调试，接头电阻调试以及极向场电源控制系统优化等等。采集到的实验数据显示，12号极向场线圈首次通电的最大电流为1千安，通电时间为45秒，上升、下降率为50安/秒。实验中对12号和14号极向场磁体共进行了22次通电实验。参加本次实验的有真空、低温、极向场电源、纵场电源、技术诊断、电磁测量、水电供给、总控等8大系统，各系统不同程度地达到了实验目标。次日起对其余的极向场线圈分别进行通电实验，成功后将进行极向场线圈整体通电实验，并进行纵场线圈通电实验。
2006年3月17日，EAST完成了首次工程调试（左图）。首次工程调试的主要目的是检验主机的性能以及相关分系统的能力，探索未来可行的运行模式，测量主机和主要分系统的关键技术参数，验证各种安全保护系统的可靠性，为成功运行提供必要的数据和积累经验。在调试中，最受关注的低温调试和磁体通电测试获得圆满成功。在真空和低温条件就位后，从3月13日到3月17日对纵场磁体和12个极向场磁体分别进行了260次通电测试。最长通电时间达到5000秒，最大电流达到8200安培，相对应的装置中心场强已达到2特斯拉。总控系统、真空系统、低温系统、数据采集系统、水冷系统、电源系统、装置技术诊断系统、失超保护、真空磁位形测量系统、超导传输线、高温超导电流引线、铜电流引线以及等离子体控制系统运行正常，保证了通电测试的安全和成功。
2006年9月26日，EAST在第一次等离子体放电实验过程中，成功获得了电流大于200千安，时间接近3秒的高温等离子体放电（左图），标志着世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置已在中国首先建成并正式投入运行。EAST开始转入物理实验阶段，在全超导磁体稳定运行条件下，获得了最大电流500千安、9秒重复放电、大拉长比偏滤器等离子体等多项实验成果。相关的设计理念和工艺技术创新还包括大型超导磁体的设计和制造、大规模超低温制冷技术、任意可控的急剧变化大电流设备技术等都属国内首创并达到了国际先进水平。
2006年10月13-14日，EAST国际顾问委员会第二次会议在合肥召开（右图）。29位来自国际热核聚变试验堆（ITER）计划和欧、美、俄、日、韩、印等世界一流聚变研究机构的负责人及资深科学家参加了会议。会议听取了EAST工程总论、工程进展、首次实验结果和未来实验计划等报告，并到实验大厅现场参观了放电实验和各子系统。国际顾问们对EAST工程的建设、系统改进、今后的实验计划和研究等进行了长达10个小时的深入讨论， 所形成的会议报告指出：EAST是世界上唯一类似ITER全超导磁场设计的托克马克装置。委员会对EAST的高质量建设留下了深刻印象。在如此短暂的时间内自主完成设计、预研、建设和试运行，成就了世界聚变工程的一个非凡业绩。这一杰出成就是全世界聚变能开发的重要里程碑。高功率加热、电流驱动和更完善的诊断是EAST是未来深入研究计划所必须的。这些计划一旦实现，EAST将会在发展稳态高性能等离子体物理的科学研究计划中处于世界前沿地位，进而为支持ITER和聚变能发展作出贡献。建议给予足够的资源支持来尽快实现这些科学目标。
2006年10月16-22日，被誉为“核聚变奥运会”的第21届世界聚变能大会（IAEA）在成都举行（左图）。世界聚变能大会是国际核聚变研究领域的最高水平学术会议， 每两年一届，这是是第一次在发展中国家举行。包括国际原子能机构副总干事Burkart教授以及国际聚变研究理事会主席等在内的800余位中外科学家参加了会议。以往的IAEA大会通常只有欧洲的JET，美国的DIII-D，和日本的JT-60U三个托卡马克被列在第一节报告中。EAST总经理万元熙在本次会议上做了首个报告（key note），可见国际聚变界对第一个全超导托卡马克EAST的高度关注。报告结束后，全场起立热烈鼓掌，这是聚变能大会历史上的第一次。会议期间，众多国外研究所与大学除了祝贺以外，纷纷表示了强烈地与EAST合作的意愿，已达成了十多项双边合作项目并签署一项双边合作协议。路院长的贺信指出：全超导非圆截面托卡马克EAST核聚变实验装置实现首次放电实验，标志着EAST装置工程实验进入了新的阶段，也表明了中国科技工作者有能力自主实现具有国际先进水平的大型科学工程实验装置的建设和运行。EAST投入实验运行将为我国乃至世界核聚变研究提供了一座新的实验平台 。
2007年1月14日23时-15日1时，EAST连续放电四次，单次时间长约50毫秒，第二轮物理实验开始。这轮实验的主要目标不是追求放电时间的长短，而是旨在2006年获得圆形截面等离子体的基础上获得非圆截面等离子体，具有重要意义。
2007年1月29日，中国科学技术协会所属的科技核心期刊《科技导报》评选的2006年中国重大技术与工程进展在北京揭晓，EAST装置建成与“太行”发动机研制成功、秦山二期核电站通过验收等14个项目入选。
2007年2月15日，科技部基础研究管理中心和中国科学技术协会学会学术部公布了2006年度“中国基础研究十大新闻”的评选结果，EAST项目因具有原创性、新闻性和广泛社会影响的代表性入选。
2007年3月1日，EAST顺利通过国家验收。国家发展改革委在合肥主持召开了EAST国家验收会（左图）。验收委员会听取了项目建设情况、专家测试、专家鉴定和中科院的预验收意见，审阅了有关专业验收材料，并实地考察了EAST装置，一致认为：项目技术工艺符合设计要求，装置主机及其各子系统均达到或超过设计指标，成为世界上成功运行的第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置。项目全面优质地完成了建设任务，实现了预定的各项指标，同意该项目通过国家验收。
2007年4月10日，等离子体所承担的“中美托卡马克先进运行模式联合研究”项目通过验收（右图），核工业西南物理研究院参加了这个项目。验收专家组审阅了项目结题验收材料，听取了项目执行情况的总结报告，并进行了现场考察和咨询。专家组认为：项目全面完成了合同书的规定内容，达到了预期目标，同意该项目通过验收，建议项目承担单位坚持有效的国际合作方式，扩大合作领域，希望相关部门给予进一步的支持。该项目的实施有效地利用了美国磁约束聚变科学和技术资源，掌握了诊断、数值模拟和控制等关键技术，解决了制约我国磁约束聚变研究中部分瓶颈问题，提高了我国核聚变领域的技术和物理研究水平，缩短了与国际聚变研究的差距，并培养了一批磁约束聚变领域急需的人才，锻炼了队伍，为更广泛的国际合作打下了良好的基础。
2007年8月27日，EAST从俄罗斯ISTOK研究所低杂波系统末批KU-2.45型微波速调管成功通过验收（左图）。
2007年12月3日，经过数月的努力，EAST内部部件改造已完成了加热衬套、硼化水管、高场侧单匝环固定支架等的安装，进行了热沉材料超声探伤全检，完成了在模拟1/16段工装上进行热沉支撑和模拟热沉的试装，热沉冷却水管的成型、开孔及转接喇叭口的焊接，还完成了高场侧、外靶板首件热沉的加工，并陆续开展工艺评审和首件验收，内部部件改造已开始进入总体安装阶段。
2007年12月31日，EAST内部部件1/16段预装工程通过了验收。1/16段预装采用1：1真实模拟EAST真空室内热沉组件、冷却水管安装全过程（右图）。本次预装使EAST真空室内部部件改造安装的工艺、工序、工装、工具的合理性和实用性得到了验证。
2008年3月26日，中科院2008年度工作会议上传来好消息，EAST大科学工程研究集体荣获中国科学院2007年杰出科技成就奖。
2008年4月23-24日，ITER最重要的事务会议IO（International Organization）-DA（Domestic Agency）协调会在等离子体所召开（左图）。ITER国际组第一副总干事Norbert Holtkamp及ITER项目办公室主任Eisuke TADA等ITER国际组织高层代表主持会议，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国的各DA方高层代表参加了会议。该会议是IO与各成员国的DA负责人进行重大事务沟通和协调的例会,会议通报和讨论各重大设计更改和评审、通报和研究科技顾问委员会(STAC)和技术咨询委员会(TAG)会议的建议，讨论和准备向ITER理事会提交的报告以及讨论了各国采购包的计划进度、资源计划、经费调整等事项。会议代表参观了EAST装置和正在建设的ITER CICC穿管线工程。
2008年5月12日，在EAST装置真空室内部组件安装总体验收会上，等离子体所李建刚所长宣布EAST装置真空室内部组件安装全面胜利完成。真空室内部组件安装涉及到九大课题项目，共计零部件五万九千多件。安装工程于2008年元月14日开工，5月8日结束，经过3个多月的艰苦奋战，EAST装置真空室内部组件安装任务以其高质量、高速度圆满划上句号。这是EAST装置建立以来第一项大工程。
2008年12月3日，EAST内部部件第二次改造工程全面完成，顺利通过验收。各相关部门做了工作汇报，介绍了责任工程师和施工单位精诚合作、协力攻关，突破众多工艺技术难点，制定出安全可靠、切实可行的解决方案并严格贯彻实施等情况。（右图为改造后的真空室） 此次改造工程从10月13日开始，历经53天，涉及机械安装、真空检漏、准直测量等多个学科，工程量大，技术复杂，在聚能公司、科烨公司、总体设计室、六室等部门的努力下，最终比计划提前7天，优质高速地完成了这项光荣而艰巨的使命，为顺利实现下一轮放电实验争取了宝贵时间，也为未来的聚变工程建设积累了经验；此次内部部件改造不是简单的安装重复而是一场技术攻坚战，在诸如防松紧固、位移测量、石墨瓦改造、拆装维修等方面取得了重要突破，为未来的工作积累了宝贵的工程实践。”与会专家对改造工程完成的质量和速度给予充分肯定，对改造过程中体现出的良好合作和协同攻关以及质量管理工作等给予了很高评价，同时对各方面的工作提出了希望和要求。会议通过了对改造工程同意验收的验收意见。
2009年11月13日，EAST/HT-7低温系统改造工程的子工程“液氮传输线改造工程”顺利竣工，已成功实现液氮传输功能。改造后的液氮传输线跨度约150米（改造前约30米），传输线越长越容易产生气堵、漏液、真空难抽等困难；改造后的输液线最大落差将近10米（从地沟到桥架），落差大容易产生气阻、液氮传输消耗大等问题。

❺ 中国的:''人造太阳''

晨报记者：作为世界第一台全超导的“人造太阳”，它的建成对人类的未来意味着什么？

万元熙：它将为人类未来建造工业应用的聚变电站搭起一座桥梁。目前，在托卡马克装置上进行聚变反应已经获得不小的成功，但要实现稳态、长时间地运行还有很长的路要走，我们就是想通过全超导技术来解开这个“死结”，让它运行的时间更长，从实验逐步走向应用。

一旦聚变电站成功运行，带给世界的变化将是革命性的。各国之间再也不用为中东的石油而发生战争。没了石油、煤矿开采带来的污染，二氧化碳的温室效应、南极冰面的萎缩、海岸线的增高等等一系列现在人类头疼的问题都会消失。它将给人类带来无限清洁的能源，就像太阳给我们的一样。

晨报记者：目前世界通行的“人造太阳”能工作多长时间？我们这台中国“人造太阳”又能突破到怎么样的高度？

万元熙：世界目前的平均水平只有300多秒，如果正常运行，我们的“人造太阳”可以达到上千秒，随着技术的成熟，未来可能达到一个星期，甚至一个月。到那时，将是非常了不起的。

晨报记者：目前，困扰“人造太阳”从实验走向现实应用的难题有哪些？

万元熙：除了刚才所说的稳态运行问题外，材料也是一大难题，现在没有哪种材料能保证在上亿度环境下不会被损坏，这个问题还得靠科学家经过无数次的实验研制出合适的材料。

晨报记者：说到这套设备我们悉顷还是不得不提到安全问题，因为采用裂变反应技术的核电站泄漏令人们不安，你们如何保证“人造太阳”装置不会产生辐射和巨大的爆炸？

万元熙：这是所有人关心的问题，不过，大家可以放心。“人造太阳”完全不同于裂变核电站，它采用的原料是氢和它的同位素氘，这种原料本身就没有辐射性，虽然聚变过程中等离子体碰撞产生中子是一种辐射，但它是短暂的，一旦放电结束就不会再产生中子了，放电过程中产生的中子也是可防护睁肢陆的，通常都不能穿过我们1.5米厚的墙。

而爆炸的可能性根本不存在。虽然等离子体经过聚变能达到上亿度，但都被磁场紧紧约束住，不会膨胀。即使设备出现了问题，等离子体也会在瞬间消失，不会发生爆炸。

晨报记者：人们都很关心“人造太阳”何时可以运用到日常生活中？

万元熙：我们的装置建成后虽然可以大大地推进研究进展，但距离实际的工业应用还有很长的路要走，乐观估计也要30到50年。由中国、美国、欧盟、日本、俄罗斯、韩国参加的国际热核反应堆合作计划（ITER）是一个更先进的装置，它需要10年才能建成；材料的发明、制造需要10年；建立示范堆，检验它在实际应用中的效率问题等等，这又要10年。此外，还取决于各国政府在能源问题上的认识和态度，如果都非常支持，时间就短些，否则会更长。

距离当年氢弹爆炸50多年了，尽管世界上许多国家建起了核电站，人类仍然没有看到一座核聚变发电站的出现。核聚变电站的诱人前景依然是人们心中一个割舍不去的梦。50年来，全世界都在为建立一个能够控制核聚变的装置而努力。在30多个国家建造的大大小小上百个实验装置上，每一次放电时间的延长人们都为之兴奋；每一次温度的提高人们都为之欢呼。因为这看似小小的进步意味着我们离聚变能的应用更近了一步。前不久，中科院等离子物理所建成的全超导的托克马克试验装置调试成功，掀起了全世界对未来“人造太阳”的极大关注。

中国“人造太阳”引发世界冲击波

“人造太阳”调试成功饥厅听到这样的消息人们难免心生疑问：太阳可以人造吗？在大多数人眼中，“人造太阳”是人类复制的一个新太阳。“人造太阳”真能挂在天上吗？它究竟是个什么样子？中国刚刚调试成功的“人造太阳”实验装置又是什么呢？这个答案只有亲自造太阳的人知道。

据国家“九五”重大科学工程EAST建设项目总负责人万元熙教授介绍，引起人们猜测的“人造太阳”，就是中科院等离子物理研究所经过8年艰苦奋斗建造成的全超导的托克马克试验装置。“未来的‘人造太阳’基本上是这样，可能会更大些”。

“简单地理解，之所以被称作‘人造太阳’，是因为这个装置产生能量的原理和太阳产生能量的原理一样。”万元熙解释，太阳能够发出强光，辐射到宇宙空间中去，巨大的能量来自于核聚变反应。

氢弹是瞬间的，而“人造太阳”则能持续不断地产生巨大能量。我们把这种研究称为受控热核聚变反应。这种反应在两条途径中正在迅速发展。一条途径就是造出各式各样的磁容器来，其中一类磁容器叫做托克马克。经过全世界60年的努力，这类托克马克聚变装置已取得巨大成功。在这种装置上已经可以把氘的聚变燃料加热到4亿-5亿度的高温区，在这样的温度下发生大量的聚变反应。

据悉，世界上最大的托克马克装置欧洲联合环的聚变功率输出达16兆-17兆瓦，但仍只能短暂地运行。也就是说，这个磁笼只能存在几秒、十几秒钟，从加热到实现聚变反应只有几秒钟的时间。现在，科学家们正在力求实现让托克马克装置连续不断地反应。

“一方面我们获得了巨大进展，另一方面，能否走向稳态运行是未来的聚变反应堆所需要的。”万元熙表示。“我们建造的这个全超导的托克马克试验装置最大的特点就是，把托克马克已经取得的进展过渡到稳态运行状态，为未来实现真正的‘人造太阳’做出重要贡献。”

据悉，今年七八月，全部装置装好仅仅是物理实验的开始。这个物理实验已经引起全世界同行的很大关注和极高的兴趣，因为这是到目前为止第一个全超导的、可以稳态运行的托克马克装置。

万元熙还解释说，目前全世界所有的聚变装置还不能被称之为“人造太阳”。从所有装置上得到的各种研究结果都是为未来建造真实的受控热核聚变反应堆、聚变能电站做出重要的贡献，奠定工程和物理基础。没有这些工程和物理基础，未来建造真实的聚变反应电站是不可想象的。完美能源不是梦根据1998年世界能源组织公布的数据，地球上所蕴藏的铀矿作为燃料只能用60年左右。不仅如此，使用铀矿的过程中还会产生一些高放射性废物，这些废物的寿命非常长，几千年、几万年仍然有放射性，对人类的环境造成另外一种污染。相比之下，聚变能源的燃料则来自于海水，1升海水中所含氢的同位素氘如果全部提取出来，放到未来的人造太阳中发生聚变反应，放出来的能量等同于燃烧300公升的汽油的能量。

可以想象，到那时人类需要的一次性的能源将是无穷尽的，不会为可持续发展而操心，不会为能源的短缺发生政治、军事等冲突，最重要的是不会因为使用化石燃料及其他燃料污染环境。

早在氢弹爆炸成功时，前苏联和美国就以绝密的形式进行受控热核聚变能的研究。由于原子弹爆炸后，十几年的时间就研制出裂变电站，人们可以利用原子弹的裂变能量；氢弹爆炸后，我们即将获得巨大的、无限的清洁能源。这些国家便认为，能够成功爆炸氢弹，也可以用5年、10年或者15年的时间造出一个聚变能电站。专家表示：“我们对此非常乐观。”

受控热核聚变的条件是必须加热燃料到亿万度的高温，把燃料约束到一个局部的小空间中。什么物质的器皿能够盛装上亿度的高温燃料？这成为当前最主要的难题。耐火砖、不锈钢都不可行，必须采用特殊方式来约束聚变燃料。

如果没有物质的器皿盛装上亿度高温的等离子体聚变燃料，可否用磁场构造一个磁的容器来盛装？这就产生了托克马克这类磁约束聚变装置。使用这个装置，其外面大量的大线圈和磁体会产生一个环形的磁容器，在这个磁容器里面约束、加热聚变的燃料，让它发生聚变反应。

过去的60年，近100个大大小小的托克马克一点点地贡献了不同特点的技术，才使得我们敢于去建造越来越大的托克马克聚变装置。背景链接托克马克

如何克服巨大的静电斥力将原子核聚到一起，还要将它们的密度维持在一定水平以防不安全的能量爆发(如氢弹就是不可控的核聚变)？前苏联科学家在20世纪50年代初率先提出磁约束的概念，并在1954年建成了第一个磁约束装置—形如中空面包圈的环形容器“托克马克(Tokamak)”，又称环流器。一般情况下，在超过10万摄氏度的磁场中，原子中的电子就脱离了原子核的束缚，形成等离子体。带电粒子会沿磁力线做螺旋式运动，所以等离子体就这样被约束在这种环形的磁场中，也叫磁笼。人造太阳

亿万年来，地球上的万物靠着太阳源源不断的能量维持自身的发展。在太阳的中心，温度高达1500万摄氏度，气压达到3000多亿个大气压。在这样的高温高压条件下，氢原子核聚变成氦原子核，并放出大量能量。几十亿年来，太阳犹如一个巨大的核聚变反应装置，无休止地向外辐射着能量。

核聚变能是两个较轻的原子核结合成一个较重的原子核时释放的能量，产生聚变的主要燃料之一是氢的同位素氘。氘广泛分布在水中，每升水约含30毫克氘，通过聚变反应产生的能量相当于300升汽油的热能。采集氘并使之与相关物质聚变产生能量，就是“人造太阳”的原理。

根据科学家的分析，如果我们未来能建成一座1000兆瓦的核聚变电站，每年只需从海水中提取304公斤的氘就可产生1000兆瓦的电量。照此计算，地球上仅在海水中就含有45万亿吨氘，足够人类使用上百亿年，比太阳的寿命还要长。

1952年，当第一颗氢弹爆炸之后，人类制造核聚变反应成为现实，但那只是不可控制的瞬间爆炸。从那个时候开始，科学家们一直在寻找途径，把氢弹爆炸在某个试验装置上加以控制，然后源源不断地取出它的核聚变能。50多年过去了，这个梦想一直没能实现。

美国、前苏联等国在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。中科院等离子物理研究所是这个国际科技合作计划的国内主要承担单位。

1994年底，中科院等离子物理研究所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。推进国际合作实现人类梦想据悉，由于商业利益巨大，以及对人类可持续发展的重要性，一直以来所有关于“人造太阳”的试验一直处在绝密状态。但是，事实上，当从事这些绝密研究数十年后，所有国家都发现想要实现目标太困难了。因此发展到现在，受控热核聚变的研究在全世界成为最广泛的国际合作研究项目，已经不再保密。

据悉，我国科学家在20世纪50年代中期就开始了可控核聚变的研究。1984年，中国核工业总公司西南物理研究院曾建成中国最大的研究核聚变的托克马克装置。2006年3月，中科院等离子物理研究所建造的“人造太阳”实验装置调试成功，意味着能够稳态运行的实验装置已经具备实验能力。

中科院等离子物理研究所所长李建刚说：“我们这一代科学家已经做了50年还没有建成‘人造太阳’。并不是说我们太笨，因为这件事情太难了，难到靠任何一个国家的财力、物力和科学技术都不可能达到。我最大的愿望就是希望有生之年能够看到一个灯泡是用聚变能点亮的。但是客观地讲，这种愿望可能实现不了，因为太难了。”

虽然中科院研制的“人造太阳”实验装置还没有进行真正的核聚变实验，但是他们的调试成功已经得到了国际聚变界的关注和称赞。在国家“九五”重大科学工程EAST建设项目总负责人万元熙教授看来，和30年前刚刚开始这项研究相比，国际聚变界态度的转变让人颇有感触。

万元熙谈道：“过去我们与其他国家讨论国际交流合作的时候，某些国家的官员总说‘我们跟你没合作，没有什么可获得的’。现在，世界上许多著名的研究所都主动、积极地要求与中科院等离子物理研究所、中国磁约束聚变界进行广泛合作。10多年来，随着我国国力的强盛和改革开放的深入，一批有才干的、本土的聚变人才已经迅速成长起来，这对中国未来聚变研究是至关重要的。中国的聚变研究不是一代人能够实现的，‘人造太阳’的梦不是一代人能够完成的，这个梦要几代人连续不断的努力才能够实现。”

万元熙回忆：“我们宣传受控热核聚变的时候，许多领导会紧接着问‘我们什么时候能拿到聚变能？我们什么时候能够发电？’我告诉他们，可能还要30-50年时间。‘哦，看来是太长了。’我要说的是，与人类历史发展的长河相比，30年、50年算什么！50年的时间中国发生了翻天覆地的变化，如果再来30-50年，我们能够一劳永逸地解决人类可持续发展最重要的清洁能源，无限的清洁能源，30-50年不成问题。”

据了解，研究建设“人造太阳”是一项极其耗费人力、物力、财力、时间的事业。比如，在托克马克已经取得巨大成功的基础上，国际聚变界曾在1984年联合进行下一个试验聚变堆的设计和研究。当时有几个不同的版本。第一个版本是用100亿欧元把这个试验反应堆建造起来，国际聚变界、各国政府都觉得花钱太多；之后改成第二个版本，用50亿欧元建造，现在已经得到各个国家政府的批准，中国也决定加入进来。50亿欧元也仅仅能够建造一个试验反应堆，而这个试验反应堆将会产生500兆-700兆瓦的聚变功力。

万元熙介绍，中科院2月份进行试验调试的时候，大概每天的电费就达5万元左右，还不包括其他易损件的补充、更替和人力等。这样一个装置如果正常运行起来，每天运行和试验的费用应当在10万元左右。“幸运的是我们的工程调试非常成功，对于装置的运行我们有95%的成功把握。听到我们工程调试成功的消息后，世界上主要研究所著名科学家纷纷来电祝贺，并将于今年10月来参加我们的第二次国际顾问委员会。这就是说，我们的投入得到了非常好的回报”。

❻ 人造太阳是什么装置。

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克，俗称“人造太阳”。

上世纪50年代开始，以原子核的裂变反应为基础的核电站登上世界能源舞台，但是这种核电站存在核废料的处理、核辐射、核燃料铀的开采和提料难等问题。相对来说，核聚变具有无可比拟的优点：它的原料储量极其丰富，因其主要燃料是存在于海水之中的氘和氚。一升海水提取的氘能产生的聚变能源，相当于300升汽油。另外，聚变产物没有放射性。同时，由于聚变反应需要的条件比较高，一旦发生事故，造成反应的等离子体约束破裂，聚变反应便会终止。因此聚变燃料的保存运输、聚变电站的运行都比较安全。因此，聚变研究对于开发清洁能源，意义十分重大。此外，伴随着聚变研究带来的衍生和伴随技术，比如超导磁体技术、大功率电源技术、超高真空技术、超低温技术等，都会带动相关产业发展，给民众生活带来很大改变。核聚变如果在民用上能实现可控，将彻底改写人类的能源版图。

“目前的聚变研究，功率相对来说还是比较低的。未来我们想实现聚变的可行性，需要在更好的加热功率条件下，来验证延长等离子体存在时间的科学可行性。这个挑战十分巨大，因为聚变产生有一个物理学说叫劳逊判据，意思是要想产生聚变，就要使得等离子体的温度达到上亿度，这就是我们今后的科研攻关目标。”龚先祖说。