热核反应实验装置

『壹』 受控热核反应的受控热核反应实验装置

产生受控热核反应的实验装置有两大类： 不用特殊方法维持或约束等离子体的装置。用激光束或电子束、离子束等照射固态氘或其他燃料制成的小球靶，在对称激光束的辐射下，小球靶向中心爆聚。当小球靶的温度高于一亿开，密度比固体高几千倍以上时,就会产生受控热核反应。实质上,这种热核反应就相当于微型氢弹爆炸，而“惯性约束”就意味着不约束。
惯性约束涉及很多等离子体动力学问题，如激波加热问题。在爆聚过程中，如果只有单个激波，最大压缩时的密度只能增加3倍;如果对激光束的输出功率进行调制，使等离子体产生一系列激波，并在所要求的时间内同时收缩到中心（靶心），则可使密度增大1000倍。要达到这种效果，大约需要7个激波。这样的时间控制,已在实验室中实现。惯性约束中的等离子体稳定性问题也是等离子体动力学研究的问题之一。由于爆聚过程相当于轻流体驱动重流体作加速运动,会产生瑞利-泰勒不稳定性（见磁流体力学稳定性）。其后果不仅使爆聚失去对称性，影响压缩比，而且会产生强烈混合，降低燃烧率。这是实现激光核聚变的主要障碍之一。 用强磁场使高温等离子体与容器器壁隔开的装置，有托卡马克（见磁流体静力学）、磁镜、仿星器和角箍缩等。托卡马克是研究得最普遍的一种，实验数据也和劳孙判据最接近。
学者们曾提出多种把等离子体加热到高温的方法。首先是欧姆加热法，即用大电流通过等离子体，等离子体由于具有一定电阻而产生热效应，温度因而升高。但是温度升到一定程度，电阻便下降，所以此法一般只能加热到1000万开左右。其次是磁压缩法，即用逐渐增强的磁场来压缩等离子体，以达到加热的目的。目前最有效的加热法是注入中性束，即把高能的中性粒子束（如氘粒子束）透过磁场注入等离子体，从而提高等离子体的温度。采用这种方法,1981年美国的托卡马克PLT装置已能达到8000万开的高温。目前正在研究的是波加热法，即把各种不同频率的波入射到等离子体中，通过共振使等离子体加热。
被磁场包围(约束)的高温等离子体的一个固有特性是磁流体力学不稳定性。经过多年研究，已提出一些有效的方法来抑制磁流体力学不稳定性的发生。例如，在等离子体中加上强纵向磁场，在强纵向磁场外面加上良导体壁，设计某些特殊的磁场位形，等等（见磁流体力学稳定性）。

『贰』 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。

『叁』 我国自行研制了可控热核反应实验装置“超导托卡马克”（英名称：EAST，俗称“人造太阳”）．设可控热核实

A、可控热核反应装置中发生的核反应方程式是 1 2 H+ 1 3 H→ 2 4 He+ 0 1 n，故A正确； B、核反应过程中质量数守恒，但质量不守恒，核反应过程中存在质量亏损，因此m 1 +m 2 ≠m 3 +m 4 ，故B错误； C、核反应过程中的质量亏损△m=m 1 +m 2 -m 3 -m 4 ，释放的核能△E=△mc 2 =（m 1 +m 2 -m 3 -m 4 ）c 2 ，故C正确； D、这种装置的核反应是核聚变，我国大亚湾核电站所使用核装置是核裂变，它们的核反应原理不相同，故D正确； 本题选不正确的，故选B；

『肆』 我一两个月前好像听说中国研制成功一个叫人造太阳，是什么玩意啊

网络搜索一下就知道了。是模拟太阳热核反应的装置。主要的目的是利用热核反版应的能量，故而称为人造太阳。权
反应的装置利用磁力使其悬浮，具体在安徽合肥，是2006年国家自然科学基金最大资助项目，达到2个亿还多。

『伍』 托卡马克详细资料大全

托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。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的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的电浆加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

基本介绍

• 中文名 ：托卡马克
• 外文名 ：Tokamak
• 技术类别 ：可控核聚变装置
• 约束类型 ：磁约束
• 相似技术产物 ：仿星器
• 竞争技术 ：惯性约束可控核聚变

装置的主要部件和子系统,核聚变简介,结构原理,各国概况,历史发展,现状及前景,钢铁侠中的“方舟反应堆”,

装置的主要部件和子系统

托卡马克(Tokamak)是一环形装置，通过约束电磁波驱动，创造氘、氚实现聚变的环境和超高温，并实现人类对聚变反应的控制。它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(mag)、线圈(kotushka)。最初是由位于苏联莫斯科的库尔恰托夫研究所的阿齐莫维齐等人在20世纪50年代发明的。 受控热核聚变在常规托卡马克装置上已经实现。但常规托卡马克装置体积庞大、效率低，突破难度大。上世纪末，科学家们把新兴的超导技术用于托卡马克装置，使基础理论研究和系统运行参数得到很大提高。据科学家估计，可控热核聚变的演示性的聚变堆将于2025年实现，商用聚变堆将于2040年建成。商用堆建成之前，中国科学家还设计把超导托卡马克装置作为中子源，用于环境保护、科学研究及其它途径。这一构想获得国内外专家较高评价。 包括磁体（环向场磁体及极向场磁体）、真空室及其抽气系统、供电系统、控制系统（装置控制和电浆控制）、加热与电流驱动系统（中性束和微波）、喷气及弹丸注入系统、偏滤器及孔阑、诊断和数据采集与处理系统、包层系统、氚系统、辐射防护系统、遥控操作与维修系统等部件（子系统）。虽然强磁场能提高约束性能，但受工程技术和材料限制，环向磁场一般为2~8T；为了获取稳定的核聚变能输出，托卡马克聚变堆最终要采用超导磁体（稳态运行要求），为此要增加杜瓦、冷屏和低温制冷系统。为将电浆加热至需要的温度，大型装置的总加热功率为几十兆瓦，国际热核实验堆装置的加热功率为73~130MW。

核聚变简介

核聚变（nuclear fusion），又称核融合、融合反应或聚变反应[1]核是指由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温和高压），只有在极高的温度和压力下才能让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核（如氦），中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出轿梁巧来，闭键大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。这是一种核反应的形式。原子核中蕴藏巨大的能量，原子核的变化（从一种原子核变化为另外一种原子核）往往伴随着能量的释放。核聚变是核裂变相反的核反应形式。科学家正在努力研究可控核聚变，核聚变可能成为未来的能量来源。 核聚变的过程与核裂变相反，是几个原子核聚合成一个原子核的过程。只有较轻的原子核才能发生核聚变，比如氢的同位素氘（dāo）、氚（chuān）等。核聚变也会放出巨大的能量，而且比核裂变放出的能量更大。太阳内部连续进行着氢聚变成氦过程，它的光和热就是由核聚变产生的。 相比核裂变，核聚变几乎不会带来放射性污染等环境问题，而且其原料可直接取自海水中的氘，来源几乎取之不尽，是理想的能源方式。 人类已经可以实现不受控制的核聚变，如氢弹的爆炸。但是要想能量可被人类有效利用，必须能够合理的控制核聚变的速度和规模，实现持续、平稳的能量输出。科学家正努力研究如何控制核聚变。

结构原理

在托卡马克装置渣禅中，欧姆线圈的电流变化提 *** 生、建立和维持电浆电流所需要的伏秒数（变压器原理）；极向场线圈产生的极向磁场控制电浆截面形状和位置平衡；环向场线圈产生的环向磁场保证电浆的巨观整体稳定性；环向磁场与电浆电流产生的极向磁场一起构成磁力线旋转变换的和磁面结构嵌套的磁场位形来约束电浆。同时，电浆电流还对自身进行欧姆加热。电浆的截面形状可以是圆形，也可以与偏滤器（位于真空室内部的边缘区域，通过产生磁分界面将约束区与边缘区隔离开来，具有排热、控制杂质和排除氦灰等功能的特殊部件）位形结合设计成D形。在托卡马克装置上，已可通过大功率中性束注入加热和微波加热使电浆达到和超过氘一氚有效燃烧所需的温度(>10K)，最高已达4.4×10K。加大装置尺寸，约束时间大致按尺寸的平方增大。此外，还可通过提高环向磁场、最佳化约束位形和运行模式来提高 能量约束时间。实验结果表明，托卡马克装置已基本满足建立核聚变反应堆的要求。

各国概况

相比其他方式的受控核聚变，托卡马克拥有不少优势。1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届电浆物理和受控核聚变研究国际会议上，阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度1keV，质子温度0.5keV，nτ=10的18次方m-3.s，这是受控核聚变研究的重大突破，在国际上掀起了一股托卡马克的热潮，各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有：美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的ST Tokamak，美国橡树岭国家实验室的奥尔马克，法国冯克奈-奥-罗兹研究所的TFR Tokamak，英国卡拉姆实验室的克利奥（Cleo），西德马克斯-普朗克研究所的Pulsator Tokamak。 高1米4，半径0.785米 2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温电浆放电。EAST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。

历史发展

二战末期，前苏联和美、英各国曾出于军事上的考虑，一直在互相保密的情况下开展对核聚变的研究。几千万、几亿摄氏度高温的聚变物质装在什么容器里一直是困扰人们的难题。二十世纪五十年代初期，前苏联科学家提出托卡马克的概念。托卡马克（TOKAMAK）在俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”几个词组合而成，这是一种形如面包（多纳）圈的环流器，依靠电浆电流和环形线圈产生的强磁场，将极高温等离子状态的聚变物质约束在环形容器里，以此来实现聚变反应。 托卡马克内部 1954年，第一个托卡马克装置在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成。当人们提出这种磁约束的概念后，磁约束核聚变研究在一些方面的进展顺利，氢弹又迅速试验成功，这曾使不少国家的核科学家一度对受控核聚变抱有过分乐观的态度。但人们很快发现，约束电浆的磁场，虽然不怕高温，却很不稳定。另外，电浆在加热过程中能量也不断损失。 1985年，美国里根总统和前苏联戈巴契夫总统，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画，要求“在核聚变能方面进行最广泛的切实可行的国际合作”。后来戈巴契夫、里根和法国总统密特朗又进行了几次高层会晤，支持在国际原子能机构（IAEA）主持下，进行国际热核实验堆（ITER）概念设计和辅助研究开发方面的合作。这是当时也是当前开展核聚变研究的最重大的国际科学和技术合作工程项目。1987年春，IAEA总干事邀请欧共体、日本、美国和加拿大、前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，并达成了协定，四方合作设计建造国际热核实验堆。 1990年，中国国家科学院等离子所兴建大型超导托卡马克装置，得到俄、美、欧盟等机构、专家大力的支持。特别是俄罗斯科学家，世界聚变研究最具权威的俄罗斯国家研究中心卡多姆采夫教授，成为装置建设的“经常性技术指导”。 1993年HT－7建成，中国成为世界上俄、法、日（法国的Tore－Supra，俄罗斯的T-15，日本的JT-60U）之后第四个拥有同类大型装置的国家。中国在装置相关的超导、低温制冷、强磁场等研究都登上新的台阶。 1993年12月9日和10日，美国在TFTR装置上使用氘、氚各50%的混合燃料，使温度达到3亿至4亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，大约为JET输出功率的2倍和4倍，能量增益因子Q值达0.28。与JET相比，Q值又得到很大提高。 1997年9月22日，联合欧洲环JET又创造输出功率为1.29万千瓦的世界纪录，能量增益因子Q值达0.60，持续时间2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。 1997年12月，日本方面宣布，在JT－60上成功进行了氘－氘反应实验，换算到氘－氚反应，Q值可以达到1.00。后来，Q值又超过了1.25。在JT－60U上，还达到了更高的等效能量增益因子，大于1.3,它也是从氘－氘实验得出的结果外推后算出的。 2000年，HT－7实验放电时间超过10秒，标志中国在这重大基础理论研究领域中进入世界先进行列。 2002年1月28日，在中国成都的核工业西南物理研究院与合肥西郊的中国科学院等离体物理研究所，基于超导托卡马克装置HT－7的可控热核聚变研究再获突破，实现了放电脉冲长度大于100倍能量约束时间、电子温度2000万摄氏度的高约束稳态运行，中心密度大于每立方米1.2×1019，运行参数居世界前两位。本轮实验有来自美、日等14个研究机构的18位外籍专家参与。 2006年，中国新一代“人造太阳”实验装置（EAST）实现了第一次“点火”——激发等离子态与核聚变。很快，它就实现了最高连续1000秒的运行，这在当时是前所未有的成就。 EAST 2012年04月22日，中国新一代“人造太阳”实验装置（EAST）中性束注入系统（NBI）完成了氢离子束功率3兆瓦、脉冲宽度500毫秒的高能量离子束引出实验。本轮实验获得的束能量和功率创下中国国内纪录，并基本达到EAST项目设计目标。这标志著中国自行研制的具有国际先进水平的中性束注入系统基本克服所有重大技术难关。

现状及前景

只有同时达到密度（>10cm）、温度（>10K）及能量约束时间（>1s）三个条件（或聚变三重积>10cm·K·s）时，才能实现氘一氚自持核聚变反应。这三个条件已经在不同的装置上分别达到或超过，但还没有在一个装置上同时达到或超过。JET（见图）和JT-60U装置基本达到能量得失相当条件（Q≈1），JET的氘一氚实验还得到17MW聚变功率输出。 欧洲联合环JET装置结构简图 实验研究还发现多种改善约束的模式，根据这些模式，托卡马克型核聚变反应堆的经济性能还可以进一步提高。基于50多年来在电浆理论、物理实验研究和工程技术上取得的重大进展，由七方共同参与的超大型国际合作项目国际热核实验堆（ITER）计画已经进入工程建造阶段。

钢铁侠中的“方舟反应堆”

电影《钢铁侠》中的方舟反应堆与托卡马克极为相似，有可能是根据托卡马克改编的。

『陆』 核聚变要在近亿度高温条件下进行，这时所有物质都被气化，那么怎样产生高热，又用什么装它呢

核聚变反应堆主体是用一种球形磁场来约束的。核聚变的产生条件就需要较小的原子核发生碰撞和融合，但原子核都带正电，原子外层都带负电。

原子核想碰一起需要很高的能量来突破电磁力的排斥，就像让两块小磁铁同极相触一样（但难度不是一个量级）。温度反映了物质内部粒子的运动能量，所以高温下才会有可能让高速的原子核艰难碰撞在一起。

要引发氢弹首先要引发原子弹，用原子弹核裂变产生的极高温度才能使氢核之间剧烈碰撞而发生核聚变反应，所以一般某国家在研究两弹时，都是先研制出原子弹，再研制出氢弹。这也是为何氢弹比原子弹杀伤力强的原因之一。

(6)热核反应实验装置扩展阅读：

热核反应，或原子核的聚变反应，是当前很有前途的新能源。参与核反应的轻原子核，如氢（氕）、氘、氚、锂等从热运动获得必要的动能而引起的聚变反应（参见核聚变）。热核反应是氢弹爆炸的基础，可在瞬间产生大量热能，但尚无法加以利用。

如能使热核反应在一定约束区域内，根据人们的意图有控制地产生与进行，即可实现受控热核反应。这正是在进行试验研究的重大课题。受控热核反应是聚变反应堆的基础。聚变反应堆一旦成功，则可能向人类提供最清洁而又是取之不尽的能源。

冷核聚变是指：在相对低温（甚至常温）下进行的核聚变反应，这种情况是针对自然界已知存在的热核聚变（恒星内部热核反应）而提出的一种概念性‘假设’。

这种设想将极大的降低反应要求，只要能够在较低温度下让核外电子摆脱原子核的束缚，或者在较高温度下用高强度、高密度磁场阻挡中子或者让中子定向输出，就可以使用更普通更简单的设备产生可控冷核聚变反应，同时也使聚核反应更安全。