中科院實驗裝置

『壹』 中科院物理所舉辦公眾開放日，在哪裡設置了分會場

相信大家這段時間都已經在網路上看到過非常震驚的消息，那就是作為全國科技周活動之一的中科院物理所，在上周舉辦的公眾開放日裡面首次開放了懷柔分會場，而這一次的懷柔分會場裡面的這一次的活動也是吸引了很多的人到現場進行觀看，要知道，這一次的活動是由中科院物理所所在的懷柔科技學建設的大學科學裝置進行了相關的展品的展示，可以說是非常的吸引人，而這一次的會場就設置在北京。

懷柔科學大學城這一次舉辦的活動還是非常不錯的，尤其是由中科院進行相關的主辦，如果有喜歡的朋友們可以去現場進行觀看，畢竟這樣的場景還是非常難以看到的。

『貳』 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。

『叄』 中國科學院重大科技基礎設施的綜述

20世紀中葉以後，科學發展的一個重要特徵是大科學裝置的出現。大科學裝置是指須通過較多資金投入和工程建設來完成，建成後通過長期的穩定運行和持續的科學技術活動，以實現重要科學技術目標的大型設施。其科學技術目標必須面向國際科學技術前沿和國家重大需求，為國家科學技術進步、國防建設與社會經濟的發展做出戰略性、基礎性和前瞻性的貢獻。
大科學裝置作為國家科學技術水平和綜合實力的重要體現，對國家科學技術的發展具有重要的推動力。中國科學院是承擔我國大科學裝置建設和運行的主要力量，目前運行裝置11個，在建裝置9個。
按不同的應用目的，大科學裝置可分為三類：
第一類，專用研究裝置：為特定學科領域的重大科學技術目標建設的研究裝置，如北京正負電子對撞機、蘭州重離子加速器、超導托卡馬克核聚變實驗裝置、神光裝置和大天區面積多目標光纖光譜天文望遠鏡。
第二類，公共實驗平台：為多學科領域的基礎研究、應用基礎研究和應用研究服務的，具有強大支持能力的大型公共實驗裝置，如合肥同步輻射裝置及上海光源。
第三類，公益基礎設施：為國家經濟建設、國家安全和社會發展提供基礎數據的重大基礎科學技術設施，如中國遙感衛星地面站、遙感飛機、長短波授時系統、中國西南野生生物種質資源庫。
大科學裝置本身是由多學科支撐、眾多高新技術集成和國際競爭的產物；是支撐多學科與交叉學科的發展、先進的大型公共技術平台；是國家創新體系中具有強大研發能力和國際競爭能力的大型科研基地。大科學裝置集中體現出國家科學基礎設施的水平和技術製造能力。中科院一批大科學裝置的成功運行，取得了豐碩的成果，在國家的發展中發揮的重要作用主要表現在以下方面：
一、專用研究裝置極大提升了我國基礎前沿研究水平和自主創新能力
二、公益基礎設施為社會發展提供必不可少的保障
三、大型公共實驗平台對廣泛的科學研究領域起到了巨大推動作用
四、提高參與國際競爭的能力
五、促進和拉動國家高新技術發展
六、成為建立國家大型科研基地的重要條件
七、具有較高社會顯示度

『肆』 我國「穩態強磁場實驗裝置」實現重大突破，具有怎樣的意義

中科院物質科學研究院相關負責人表示，我國重大科技基礎設施“穩態強磁場實驗裝置”實現了重大突破，創下了場強45.22萬高斯的記錄，甚至已經超越了保持了23年的45萬高斯的世界紀錄。這一突破首先意味著我國該項成果已經達到了國際領先水平，其次在此過程中科研團隊付出的努力也激發著新一代科研人員的熱血，最後也為繼續探索科學提供了前沿工具，鼓勵我們積極探索相關領域。

更重要的是，2017年時我國剛剛擁有這項技術，僅能研發出穩態強磁場實驗裝置，位列美國、法國、荷蘭、日本之後，但正是因為我國科研人員的不斷努力、項目的投入、技術的創新才讓我們成功打破世界記錄，成為世界領先。

『伍』 我國啟動建設全球首個綜合極端條件實驗裝置計劃了嗎

由中國科學院物理研究所等建設的綜合極端條件實驗裝置，日前在北京市懷柔科學城正式開工。該工程擬通過5年左右時間，建成國際上首個集極低溫、超高壓、強磁場和超快光場等極端條件為一體的用戶裝置，極大提升我國在物質科學及相關領域的基礎研究與應用基礎研究綜合實力。

中科院副院長王恩哥表示：「未來，希望綜合極端條件實驗裝置能夠建設成為世界領先的用戶裝置，與相關交叉平台一起構成具有全球影響力的凝聚態物質科學研究中心。努力探索世界科學前沿，實現技術引領性突破，為把我國早日建成創新型國家做出應有的貢獻。」

「該裝置的主體建築有望在2019年完工，2022年最終驗收。建成後，將向國內外用戶全面開放。」呂力說。

中國越來越強大了，我們為自己是中國人而自豪！

『陸』 合肥人造太陽7000萬℃運行超千秒創新紀錄，更大的一台建造中

可控核聚變技術是被全人類寄予厚望的未來能源方式，它利用的是太陽燃燒的原理來釋放熱量，因此這類的實驗裝置常被稱作「人造太陽」，我國中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所就有一座有「人造太陽」之稱的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置，2021年12月30日晚，這台裝置又創造了一個世界之最——實現1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，而且是在7000萬℃的高溫下。
之前我們常聽說某個國家的人造太陽裝置創造了多少秒的運營實驗，這個時間通常是幾秒或幾十秒，有的甚至不到1秒鍾，這次的合肥物理研究所的人造太陽創造了1056秒的運行時間，合17.6分鍾，是世界上首次人造太陽裝置超過「千秒」時間，創造了世界托卡馬克裝置高溫等離子體運行的最長時間紀錄，有業界專家認為這樣的時長已經逼近可實用操作的最低要求。
超導托卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實現受控核聚變的環形容器，運行原理就是在裝置的真空室內加入少量氫的同位素氘或氚，再通過物理方法使其變成高密度和高溫條件下的等離子體，進而發生聚變反應，這時就會產生強大的能量。超導托卡馬克已被科學界公認為是探索、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。
中科院合肥物質科學研究院等離子體物理研究所的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置從開始建造至今已有10年，其直徑約8米，重四百多噸，是全世界所有的已建成的中大型托卡馬克裝置。
2016年2月時，合肥這座全超導托卡馬克物理實驗就實現了電子溫度達到5000萬℃持續時間最長的等離子體放電；2018年11月12日，EAST又實現了1億℃等離子體放電；2021年5月28日，全超導托卡馬克核聚變實驗裝置創造了可重復的1.2億℃的高溫，並且持續了101秒，同時還實現了1.6億℃持續20秒的運行，如今又實現了7000萬℃高溫下1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，打破了自己保持的世界紀錄，標志著我國在可控核聚變研究上處於世界領先水平。
合肥EAST裝置實驗運行總負責人龔先祖也表示：「此次把電子溫度近7000萬攝氏度的長脈沖高參數等離子體維持1056秒，注入能量達到1.73吉焦，實驗意義重大，千秒等離子體運行的實現已為未來建造穩態的聚變工程堆奠定堅實的科學和實驗基礎。」
可控核聚變發電技術和如今正在使用的核能發電技術是不一樣的，如今的核電站使用的都是可控核裂變技術，離不開放射性較強的鈾、鈈等重元素，一旦發生核泄漏，就會造成難以收拾的核污染狀況，因此世界上的不少核電大國限制了核能發電技術的應用，關停了不少核電站。但可控核聚變技術就不存在這樣的情況，它並不存在重元素污染的情況，而且核聚變裝置關了之後高溫高壓環境立即消失，核反應立即就會停止，所以十分安全。
合肥這座全超導托卡馬克裝置只是一個核聚變實驗堆，我國下一代「人造太陽」——中國聚變工程實驗堆目前已完成工程設計並開始建造，這是更大的一個核聚變反應堆，據《金投網》2021年9月29日消息稱其聚變堆主機關鍵系統綜合研究設施正在建設，計劃到2035年建成核聚變工程實驗堆，開始實用化發電的大規模科學實驗，到2050年時聚變工程實驗堆實驗成功並建設大型聚變商業示範堆，初步掌握可控核聚變發電等方面的技術，屆時人類將可以不再為能源問題發愁了。
參考資料：
《環球網》2021年12月31日文章《1056秒！中國人造太陽運行時間突破千秒》
《金投網》2021年9月29日文章《中國核聚變研究創世界紀錄，「人造太陽」有望在10年內提供電力》
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