托卡馬克核聚變實驗裝置

3. 簡要說明核聚變的前景

我國全超來導托卡馬克核聚變自實驗裝置獲重大突破

2016年1月28日凌晨零點26分，中科院合肥物質科學研究院全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST成功實現了電子溫度超過5千萬度、持續時間達102秒的超高溫長脈沖等離子體放電，這是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。

既定科學目標是實現1億度1000秒的等離子體運行，但實現該科學目標目前仍面臨著眾多科學和技術的挑戰。
前途是光明的，困難是復雜的。但是，如果人類一但實現冷核聚變的可控，就實現了清潔無污染的能源。如果再能夠降低投入的費用，實現能量的大規模生產，則是全球的一場能源革命。

4. 托卡馬克核聚變的中國狀況

2006年9月28日，中國耗時8年、耗資2億元人民幣自主設計、自主建造而成的新一代熱核聚版變裝置EAST首次成功完成放電權實驗，獲得電流200千安、時間接近3秒的高溫等離子體放電。EAST成為世界上第一個建成 並真正運行的全超導非圓截面核聚變實驗裝置。核反應釋放的能量相當於相同質量的物質釋放的化學能的數十萬倍至百萬倍。核反應有核裂變、核聚變兩種形式。一個重核在中子的轟擊下分裂成高能碎片的反應叫做核裂變，主要反應物是稀少的放射性元素鈾、鈈等，如原子彈爆炸；兩個輕核發生碰撞結合成重核的反應叫做核聚變，主要反應物為氫的同位素氘和氚，如氫彈爆炸、太陽發光發熱等。

5. 托卡馬克核聚變的基本原理

核能是能源家族的新成員，包括裂變能和聚變能兩種主要形式。裂變能 是重金屬元素的核子通過裂變而釋放的巨大能量。受控核裂變技術的發展已使裂變能的應用實現了商用化，如核 (裂變)電站。裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規裂變反應堆會產生放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發展。聚變能是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核並釋放出的能量。目前開展的受控核聚變研究正是致力於實現聚變能的和平利用。其實，人類已經實現了氘氚核聚變--氫彈爆炸，但那是不可控制的瞬間能量釋放，人類更需要受控核聚變。維系聚變的燃料是氫的同位素氘和氚，氘在地球的海水中有極其豐富的蘊藏量。經測算，1升海水所含氘產生的聚變能等同於300升汽油所釋放的能量。海水中氘的儲量可使人類使用幾十億年。特別的，聚變產生的廢料為氦氣，是清潔和安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。這就是世界各國尤其是發達國家不遺餘力競相研究、開發聚變能的根本原因。
受控熱核聚變能的研究主要有兩種--慣性約束核聚變和磁約束核聚變。前者利用超高強度的激光在極短的時間內輻照氘氚靶來實現聚變，後者則利用強磁場可很好地約束帶電粒子的特性，將氘氚氣體約束在一個特殊的磁容器中並加熱至數億攝氏度高溫，實現聚變反應。
托卡馬克(Tokamak)是前蘇聯科學家於20世紀50年代發明的環形磁約束受控核聚變實驗裝置。經過近半個世紀的努力，在托卡馬克上產生聚變能的科學可行性已被證實，但相關結果都是以短脈沖形式產生的，與實際反應堆的連續運行有較大距離。超導技術成功地應用於產生托卡馬克強磁場的線圈上，是受控熱核聚變能研究的一個重大突破。
超導不可能束縛高速帶電粒子。假設兩個距離很近的質子，往不同方向飛出，要同時束縛這兩個質子，超導產生的磁場必須在很小的空間內有一個180度的方向改變。即便是超導體內的電子是懸浮的，也不可能實現這種磁場。磁場如果距離超導有一定的距離，不但難以在空間上發生突變，在時間上也難靈活改變。如果一個質子要飛出反應釜，磁場必須約束質子，可是質子一但改了方向，磁場要約束質子，也必須改方向。通俗地說，一個質子溜著超導體內的全部電子玩。電子本身是有質量的。電子要形成一個靈活的磁場，電子速度（速率和方向）就要不停的變。最後的結果就是超導體溫度迅速增加，超導效果消失，質子飛出反應釜。

6. 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。

7. 熱核聚變，托卡馬克裝置

托卡馬克的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。在通電的時候托卡馬克版的內部會產生巨權大的螺旋型磁場，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。

8. 托卡馬克核聚變的實驗裝置

「超導托卡馬克抄核聚變」實驗包括襲一個具有非圓小截面的大型超導托卡馬克實驗裝置和低溫、真空、水冷、電源及控制、數據採集和處理、波加熱、波驅動電流、診斷等子系統。其中超 導托卡馬克裝置是本項目的核心。而超導托卡馬克裝置又包括超導縱場與極向場磁體系統、真空室、冷屏、外真空杜瓦及面對等離子體部件等部件。承擔各部件設計的工程技術人員，在充分集思廣益、充分發揮創新能力的基礎上,借鑒國際上同類裝置的經驗,通過一絲不苟的努力工作，目前各項工作的進展呈良性循環---設計推動了預研工作的進行，預研工作的結果又使設計得到進一步優化。 為世界近堆芯聚變物理和工程研究搭建起了一個重要的實驗平台，為我國磁約束核聚變研究的進一步發展，提升中國磁約束聚變物理、工程、技術水平和培養高水平人才奠定了堅實基礎。EAST是世界上唯一投入運行的全超導磁體的托卡馬克裝置，將為國際熱核聚變實驗堆（ITER）的建設及聚變能的發展做出了重要貢獻。

9. 核聚變試驗裝置托卡馬克的等離子體需要的高溫一千萬度如何產生的

不知道樓主問的是托卡馬克在開始運行的加熱階段還是以後理想運行態下的加熱方式內，因為一開始的加熱階容段不能說是穩態。我都說下。
托卡馬克的加熱方式有很多種：
1.歐姆加熱 利用磁場變化產生感應電動勢，進而在等離子體內形成電流，等離子體有電阻，會發生歐姆加熱，和電線通電發熱的道理一樣。
2.微波加熱 向托卡馬克內發射電磁波，電磁波加熱等離子體，和微波爐有點像。
3. 中性束加熱 向托卡馬克內注入高能粒子，高能粒子把能量傳給等離子體，實現加熱，和往洗澡水裡加熱水很像，只是中性束粒子需要先用加速器加速，所以這個用起來有點貴。
目前主要的就是這三種了，一般是先用歐姆加熱達到一定溫度，再用後面兩種，可以達到你說的溫度。

以後希望可以做到的理想運行態下：
利用聚變產生的高能粒子自身的能量維持溫度並且向外界輸送能量。

10. 托卡馬克裝置

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toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、線圈(kotushka)。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，外面纏繞著兒所線圈。在通電的時候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。
相比其他方式的受控核聚變，托卡馬克擁有不少優勢。1968年8月在蘇聯新西伯利亞召開的第三屆等離子體物理和受控核聚變研究國際會議上，阿齊莫維齊宣布在蘇聯的T-3托卡馬克上實現了電子溫度 1 keV，質子溫度 0.5 keV，nτ=10的18次方m-3.s，這是受控核聚變研究的重大突破，在國際上掀起了一股托卡馬克的熱潮，各國相繼建造或改建了一批大型托卡馬克裝置。其中比較著名的有：美國普林斯頓大學由仿星器-C改建成的 ST Tokamak，美國橡樹嶺國家實驗室的奧爾馬克(Ormark)，法國馮克奈-奧-羅茲研究所的 TFR Tokamak，英國卡拉姆實驗室的克利奧(Cleo)，西德馬克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。
托卡馬克裝置:
20世紀70年代後期到80年代中期，世界各國陸續建成了四個大型的托卡馬克，他們分別是：
美國的 TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor)
日本的 JT-60
歐洲的 JET (Joint European Torus)
蘇聯的 T-15
受控熱核聚變研究的一次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。超導托卡馬克是公認的探索、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。1988年，法國建成世界上第三個超導托卡馬克Tore-supra。
中科院等離子體所在引進、消化、吸收的基礎上，開展自主創新，1994年建成我國第一個超導托卡馬克HT-7。投入運行10年來，HT-7實驗成果已進入世界前列，與Tore-supra共同成為全面開放的、能開展長脈沖高參數等離子體運行的兩大國際合作平台。HT-7裝置可以探索長脈沖和接近穩態下的等離子體運行，最長等離子體放電已達240秒。