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超導托卡馬克實驗裝置

發布時間:2021-01-17 09:08:08

㈠ 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。

㈡ 中國科學院等離子體物理研究所的科學工程

基本情況為了在近堆芯的高參數條件下研究等離子體的穩態和先進運行,深入探索實現聚變能源的工程、物理問題,等離子體所在成功建設中國第一個超導托卡馬克HT-7的基礎上,提出了「HT-7U全超導非圓截面托卡馬克裝置建設」計劃。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,項目的名稱在2003年10月正式由HT-7U改為EAST。EAST由實驗「Experimental」、先進「Advanced」、超導「Superconcting」、托卡馬克「Tokamak」四個單詞首字母拼寫而成,它的中文意思是「先進實驗超導托卡馬克」,同時具有「東方」的含意。
EAST裝置是中國自行設計研製的國際首個全超導托卡馬克裝置,其主要技術特點和指標是:16個大型「D」形超導縱場磁體將產生縱場強度 BT = 3.5 T ;12個大型極向場超導磁體可以提供磁通變化 ΔФ ≥ 10 伏秒;通過這些極向場超導磁體,將能產生 ≥ 100萬安培的等離子體電流;持續時間將達到1000秒,在高功率加熱下溫度將超過一億度。
EAST裝置的主機部分高11米,直徑8米,重400噸,由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統等六大部件組成。其實驗運行需要有大規模低溫氦製冷、大型高功率脈沖電源及其迴路、大型超導體測試、大型計算機控制和數據採集處理、兆瓦級低雜波電流驅動和射頻波加熱、大型超高真空、以及多種先進診斷測量等系統支撐。學科涉及面廣,技術難度大,許多關鍵技術目前在國際上尚無經驗借鑒。特別是EAST運行需要超大電流、超強磁場、超高溫、超低溫、超高真空等極限環境,從芯部上億度高溫到線圈中零下269度低溫,給裝置的設計、製造工藝和材料方面提出了超乎尋常的要求。
EAST的建造具有十分重大的科學意義,它不僅是一個全超導托卡馬克,而且具有會改善等離子體約束狀況的大拉長非圓截面的等離子體位形,它的建成將使中國成為世界上少數幾個擁有這種類型超導托卡馬克裝置的國家,使中國磁約束核聚變研究進入世界前沿。在裝置建成後的10-15年期間,能在裝置上對建造穩態先進的托卡馬克核聚變堆的前沿性物理問題開展探索性的實驗研究,並使中國在人類開發清潔而又無限的核聚變能的領域內做出自己應有的重大貢獻。
EAST的大小半徑雖然只有國際熱核聚變試驗堆(即ITER)的1/3和1/4(右圖為ITER示意圖),但位形與ITER相似且更加靈活 ,而且將比ITER早10-15年投入運行。EAST是一個近堆芯高參數和穩態先進等離子體運行科學問題的重要實驗平台,它將是在ITER之前國際上最重要的穩態偏濾器托卡馬克物理實驗基地。
建設目標EAST 是基於上世紀末托卡馬克最新成果而設計的,它的目標就是針對近堆芯等離子體穩態先進運行模式的科學和工程問題。作為HT-7的下一代升級裝置,EAST裝置不僅規模更大,其獨有的非圓截面、全超導及主動冷卻內部結構三大特性,將更有利於探索等離子體穩態先進運行模式,其工程建設和物理研究可為ITER項目的建設提供直接經驗。EAST將是未來十年唯一能為ITER提供長脈沖穩態先進運行高參數非圓等離子體平台的實驗裝置,將會在發展穩態高性能等離子體物理的科學研究計劃中處於世界前沿地位,進而為支持ITER和聚變能發展作出貢獻。 基本情況:托卡馬克(Tokamak)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、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。通電時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。受控熱核聚變研究的重大突破是將超導技術成功地應用於產生托卡馬克強磁場的線圈上,建成超導托卡馬克,使得磁約束位形的連續穩態運行成為現實。超導托卡馬克被公認為是探索、解決未來穩態聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑。
中科院等離子體物理研究所是中國核聚變研究的重要基地。1994年通過國際合作成功研製出HT-7超導托卡馬克,這是一個可產生長脈沖高溫等離子體的中型聚變研究裝置。它的研製成功,使中國成為繼俄、日、法之後第四個擁有該類裝置的國家,從此為中國的聚變事業全面走向國際舞台開拓了一條創新之路。經過十多年來科研和工程技術人員的不斷改進,取得許多創新成果。
裝置總目標建立一種自洽的、可行的、具體的先進托卡馬克運行模式的科學基礎為主要目標,研究等離子體在穩態、高參數、高約束條件下穩定性、輸運、壁的平衡等方面的物理問題,探索適合先進核聚變反應堆的運行模式,為建成的大型非圓截面全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST探索先進的運行模式和物理基礎,培養造就一批具有超導托卡馬克穩態運行能力的磁約束聚變的年輕隊伍。

㈢ 2007年3月1日,國家重大科學工程項目「EAST超導托卡馬克核聚變實驗裝置」在合肥順利通過了國家發改委組織

(1)根據電荷數守恆抄和質量數守恆知,A中應為

1

㈣ 現代的科技發明有哪些

現代的科技發明:全超導托卡馬克核聚變實驗裝置、機器人、太陽帆、3D列印機、自動駕駛汽車。

一、全超導托卡馬克核聚變實驗裝置

國家大科學裝置——全超導托卡馬克核聚變實驗裝置東方超環(EAST)實現了穩定的101.2秒穩態長脈沖高約束等離子體運行,創造了新的世界紀錄。這一重要突破標志著,我國磁約束聚變研究在穩態運行的物理和工程方面將繼續引領國際前沿。

東方超環是世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置,對國際熱核聚變試驗堆(ITER)計劃具有重大科學意義。由於核聚變的反應原理與太陽類似,因此,東方超環也被稱作「人造太陽」。

該成果將為未來ITER長脈沖高約束運行提供重要的科學和實驗支持,也為我國下一代聚變裝置——中國聚變工程實驗堆的預研、建設、運行和人才培養奠定了基礎。

二、機器人

機器人(Robot)是自動執行工作的機器裝置。它既可以接受人類指揮,又可以運行預先編排的程序,也可以根據以人工智慧技術制定的原則綱領行動。它的任務是協助或取代人類工作的工作,例如生產業、建築業,或是危險的工作。

三、太陽帆

太陽帆(英文名:Solar sails)是利用太陽光的光壓進行宇宙航行的一種航天器。由於這種推力很小,所以航天器不能從地面起飛,但在沒有空氣阻力存在的太空,這種小小的推力仍然能為有足夠帆面面積的太陽帆提供 10e-5~ 10e-3g左右的加速度。

四、3D列印機

3D列印機(3D Printers)簡稱(3DP)是一位名為恩里科·迪尼(Enrico Dini)的發明家設計的一種神奇的列印機,不僅可以「列印」一幢完整的建築,甚至可以在航天飛船中給宇航員列印任何所需的物品的形狀。但是3D列印出來的是物體的模型,不能列印出物體的功能。

2016年2月3日訊,中國科學院福建物質結構研究所3D列印工程技術研發中心林文雄課題組在國內首次突破了可連續列印的三維物體快速成型關鍵技術,並開發出了一款超級快速的連續列印的數字投影(DLP) 3D列印機。

該3D列印機的速度達到了創記錄的600 mm/s,可以在短短6分鍾內,從樹脂槽中「拉」出一個高度為60 mm的三維物體,而同樣物體採用傳統的立體光固化成型工藝(SLA)來列印則需要約10個小時,速度提高了足足有100倍!3D列印實現太空工業化。

五、自動駕駛汽車

自動駕駛汽車(Autonomous vehicles;Self-piloting automobile )又稱無人駕駛汽車、電腦駕駛汽車、或輪式移動機器人,是一種通過電腦系統實現無人駕駛的智能汽車。在20世紀已有數十年的歷史,21世紀初呈現出接近實用化的趨勢。

谷歌自動駕駛汽車於2012年5月獲得了美國首個自動駕駛車輛許可證,預計於2015年至2017年進入市場銷售。

自動駕駛汽車依靠人工智慧、視覺計算、雷達、監控裝置和全球定位系統協同合作,讓電腦可以在沒有任何人類主動的操作下,自動安全地操作機動車輛。

㈤ 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;

㈥ 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。

㈦ 人造太陽是什麼

人民網合肥2月6日電
記者劉傑今天從中國科學院等離子體物理研究所所在的安徽合肥科學島獲悉:以探索無限而清潔的核聚變能源為目標的EAST超導托卡馬克已完成部件裝置,進入系統調試階段,近日正在進行降溫試驗。據專家介紹,該裝置預計7、8月份正式進入放電運行實驗,屆時如能成功完成放電實驗,合肥將成為世界上第一個建成此類全超導非圓截面核聚變實驗裝置並能實際運行的地方。也就是說,我國將率先建成新一代「人造太陽」。
地球上的石油、煤等能源耗盡後,人類靠什麼生活?科學家們開始把夢想變成現實。據介紹,從海水中提取氘(dāo),使其在上億攝氏度的高溫下與氚(chuān)產生聚變反應,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升汽油釋放的熱能。專家說:「如果發明一種能夠承受上億攝氏度高溫並且能夠控制氘和氚聚變、穩定持續輸出能量的裝置,那就相當於發明一個『人造太陽』,給人類提供像太陽一樣無限清潔的能源,而海水是用之不盡的。」
一種被稱為「托卡馬克」的「人造太陽」實驗裝置承載起科學家們的夢想。從1990年開始,中國科學院等離子體物理研究所歷時3年多建成中國第一台超導托卡馬克裝置———HT—7,使中國成為繼俄、法、日之後第四個擁有同類實驗裝置的國家,實驗中最高電子溫度超過5000萬攝氏度,並獲得可重復的大於300秒的等離子體放電。從2000年開始,科學島上的專家們在HT—7的基礎上,開始建另一個更大型、代號為EAST的新一代全超導非圓截面托卡馬克裝置。
EAST從2003年開始進入總裝。該項目總負責人萬元熙研究員介紹說:「如果按期完成放電試驗,那EAST就是世界上第一個建成的具有非圓截面的全超導托卡馬克。不過,我們的花費卻只有世界上同類裝置的1/15或1/20。」據了解,該工程總投資近3億元。
「這個裝置的研究成果,對即將建設的國際熱核聚變試驗堆ITER計劃的工程技術和物理基礎研究方面將有重大意義。」萬元熙說,「ITER計劃是一個大型的國際科技合作計劃,由於ITER的核心裝置也是一個全超導非圓截面托卡馬克,所以我們的EAST被同行們稱為『小ITER』」。
來源:人民網-《人民日報》
(責任編輯:馬麗)

㈧ 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置研究用了多少經費

已經投入幾十個億了,這種大裝置都是非常費錢的。
為了維持運行,每年還要上億的投入。

㈨ 中國第一「人造太陽」基地是哪

中國第一復「人造太陽」基地是制合肥科學島。

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變研究方面繼續走在國際前列。

中國的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST和中國、美國、俄羅斯等七方共同啟動的國際熱核聚變實驗堆ITER都是旨在創造一個「太陽」,給人類帶來源源不斷的清潔能源,因此也俗稱「人造太陽」。

(9)超導托卡馬克實驗裝置擴展閱讀:

2018年6月28日,國務院國資委在北京發布中央企業工業文化遺產(核工業)名錄,首批專門發布核工業行業的12項工業文化遺產。中國第一座人造太陽實驗裝置是其中之一。

在劉志宏心中神秘的「人造太陽」的所在地, 其實就是中科院等離子體物理研究所,也是他獲得博士學位的地方。在這里,他明白了,通過科學家們一代又一代的努力,已經建成了世界上首個全超導非圓截面托卡馬克核聚變實驗裝置(EAST), 同時,於2006 年正式加入了國際熱核聚變實驗堆(ITER)項目,這也是我國迄今為止參與的最大的國際合作項目。

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