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超导托卡马克实验装置

发布时间:2021-01-17 09:08:08

㈠ 中科院的全超导的“人造太阳”——托克马克核聚变试验装置的调试运行成功,使我国在该领域的研究处于世界

可控核聚变俗称人造太阳,因为太阳的原理就是核聚变反应。(核聚变反应主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平的核辐射,不产生核废料,当然也不产生温室气体,基本不污染环境)人们认识热核聚变是从氢弹爆炸开始的。科学家们希望发明一种装置,可以有效控制“氢弹爆炸”的过程,让能量持续稳定的输出。科学家们把这类装置比喻为“人造太阳”。
为实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托克马克装置”——TOKAMAK,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。早在1954年,在原苏联库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置。貌似很顺利吧?其实不然,要想能够投入实际使用,必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行,我们称作能量增益因子——Q值。当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西,搞了十几年,也没有得到能量输出,直到1970年,前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出,不过要用当时最高级设备才能测出来,Q值大约是10亿分之一。别小看这个十亿分之一,这使得全世界看到了希望,于是全世界都在这种激励下大干快上,纷纷建设起自己的大型托卡马克装置,欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20(后来缩水成了T15,线圈小了,但是上了超导),日本的JT-60和美国的TFTR(托卡马克聚变实验反应器的缩写)。这些托卡马克装置一次次把能量增益因子(Q)值的纪录刷新,1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘-氚运行实验,使用6:1的氘氚混合燃料,受控核聚变反应持续了2秒钟,获得了0.17万千瓦输出功率,Q值达0.12。1993年,美国在TFTR上使用氘、氚1:1的燃料,两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦,Q值达到了0.28。1997年9月,联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录,Q值达0.60,持续了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。三个月以后,日本的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。后来,Q值又超过了1.25。这是第一次Q值大于1,尽管氘-氘反应是不能实用的(这个后面再说),但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。在这个大环境下,中国也不例外,在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号(HL-1)和CT-6,后来又建设了HT-6,HT-6B,以及改建了HL1M,新建了环流2号。有种说法,说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的,这是不对的,HT6/HL1的建设都早于俄罗斯赠送的HT-7系统。HT-7以前,中国的几个设备都是普通的托卡马克装置,而俄罗斯赠送的HT-7则是中国第一个“超脱卡马克”装置。什么是“超脱卡马克装置”呢?回过头来说,托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超脱卡马克。目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超脱卡马克装置,法国的Tore-Supra,俄罗斯的T-15,日本的JT-60U,和中国的EAST。除了EAST以外,其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”,它们的水平线圈是超导的,垂直线圈则是常规的,因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的,而为了增加反应体的容积,EAST则第一次尝试做成了非原型截面。此外,在建的还有德国的螺旋石-7,规模比EAST大,但是技术水平差不多。

㈡ 中国科学院等离子体物理研究所的科学工程

基本情况为了在近堆芯的高参数条件下研究等离子体的稳态和先进运行,深入探索实现聚变能源的工程、物理问题,等离子体所在成功建设中国第一个超导托卡马克HT-7的基础上,提出了“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”计划。为使国内外专家易于发音、便于记忆同时又有确切的科学含义,项目的名称在2003年10月正式由HT-7U改为EAST。EAST由实验“Experimental”、先进“Advanced”、超导“Superconcting”、托卡马克“Tokamak”四个单词首字母拼写而成,它的中文意思是“先进实验超导托卡马克”,同时具有“东方”的含意。
EAST装置是中国自行设计研制的国际首个全超导托卡马克装置,其主要技术特点和指标是:16个大型“D”形超导纵场磁体将产生纵场强度 BT = 3.5 T ;12个大型极向场超导磁体可以提供磁通变化 ΔФ ≥ 10 伏秒;通过这些极向场超导磁体,将能产生 ≥ 100万安培的等离子体电流;持续时间将达到1000秒,在高功率加热下温度将超过一亿度。
EAST装置的主机部分高11米,直径8米,重400吨,由超高真空室、纵场线圈、极向场线圈、内外冷屏、外真空杜瓦、支撑系统等六大部件组成。其实验运行需要有大规模低温氦制冷、大型高功率脉冲电源及其回路、大型超导体测试、大型计算机控制和数据采集处理、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热、大型超高真空、以及多种先进诊断测量等系统支撑。学科涉及面广,技术难度大,许多关键技术目前在国际上尚无经验借鉴。特别是EAST运行需要超大电流、超强磁场、超高温、超低温、超高真空等极限环境,从芯部上亿度高温到线圈中零下269度低温,给装置的设计、制造工艺和材料方面提出了超乎寻常的要求。
EAST的建造具有十分重大的科学意义,它不仅是一个全超导托卡马克,而且具有会改善等离子体约束状况的大拉长非圆截面的等离子体位形,它的建成将使中国成为世界上少数几个拥有这种类型超导托卡马克装置的国家,使中国磁约束核聚变研究进入世界前沿。在装置建成后的10-15年期间,能在装置上对建造稳态先进的托卡马克核聚变堆的前沿性物理问题开展探索性的实验研究,并使中国在人类开发清洁而又无限的核聚变能的领域内做出自己应有的重大贡献。
EAST的大小半径虽然只有国际热核聚变试验堆(即ITER)的1/3和1/4(右图为ITER示意图),但位形与ITER相似且更加灵活 ,而且将比ITER早10-15年投入运行。EAST是一个近堆芯高参数和稳态先进等离子体运行科学问题的重要实验平台,它将是在ITER之前国际上最重要的稳态偏滤器托卡马克物理实验基地。
建设目标EAST 是基于上世纪末托卡马克最新成果而设计的,它的目标就是针对近堆芯等离子体稳态先进运行模式的科学和工程问题。作为HT-7的下一代升级装置,EAST装置不仅规模更大,其独有的非圆截面、全超导及主动冷却内部结构三大特性,将更有利于探索等离子体稳态先进运行模式,其工程建设和物理研究可为ITER项目的建设提供直接经验。EAST将是未来十年唯一能为ITER提供长脉冲稳态先进运行高参数非圆等离子体平台的实验装置,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。 基本情况:托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。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。通电时托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场,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。受控热核聚变研究的重大突破是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上,建成超导托卡马克,使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克被公认为是探索、解决未来稳态聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。
中科院等离子体物理研究所是中国核聚变研究的重要基地。1994年通过国际合作成功研制出HT-7超导托卡马克,这是一个可产生长脉冲高温等离子体的中型聚变研究装置。它的研制成功,使中国成为继俄、日、法之后第四个拥有该类装置的国家,从此为中国的聚变事业全面走向国际舞台开拓了一条创新之路。经过十多年来科研和工程技术人员的不断改进,取得许多创新成果。
装置总目标建立一种自洽的、可行的、具体的先进托卡马克运行模式的科学基础为主要目标,研究等离子体在稳态、高参数、高约束条件下稳定性、输运、壁的平衡等方面的物理问题,探索适合先进核聚变反应堆的运行模式,为建成的大型非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置EAST探索先进的运行模式和物理基础,培养造就一批具有超导托卡马克稳态运行能力的磁约束聚变的年轻队伍。

㈢ 2007年3月1日,国家重大科学工程项目“EAST超导托卡马克核聚变实验装置”在合肥顺利通过了国家发改委组织

(1)根据电荷数守恒抄和质量数守恒知,A中应为

1

㈣ 现代的科技发明有哪些

现代的科技发明:全超导托卡马克核聚变实验装置、机器人、太阳帆、3D打印机、自动驾驶汽车。

一、全超导托卡马克核聚变实验装置

国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着,我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。

东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置,对国际热核聚变试验堆(ITER)计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似,因此,东方超环也被称作“人造太阳”。

该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。

二、机器人

机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作,例如生产业、建筑业,或是危险的工作。

三、太阳帆

太阳帆(英文名:Solar sails)是利用太阳光的光压进行宇宙航行的一种航天器。由于这种推力很小,所以航天器不能从地面起飞,但在没有空气阻力存在的太空,这种小小的推力仍然能为有足够帆面面积的太阳帆提供 10e-5~ 10e-3g左右的加速度。

四、3D打印机

3D打印机(3D Printers)简称(3DP)是一位名为恩里科·迪尼(Enrico Dini)的发明家设计的一种神奇的打印机,不仅可以“打印”一幢完整的建筑,甚至可以在航天飞船中给宇航员打印任何所需的物品的形状。但是3D打印出来的是物体的模型,不能打印出物体的功能。

2016年2月3日讯,中国科学院福建物质结构研究所3D打印工程技术研发中心林文雄课题组在国内首次突破了可连续打印的三维物体快速成型关键技术,并开发出了一款超级快速的连续打印的数字投影(DLP) 3D打印机。

该3D打印机的速度达到了创记录的600 mm/s,可以在短短6分钟内,从树脂槽中“拉”出一个高度为60 mm的三维物体,而同样物体采用传统的立体光固化成型工艺(SLA)来打印则需要约10个小时,速度提高了足足有100倍!3D打印实现太空工业化。

五、自动驾驶汽车

自动驾驶汽车(Autonomous vehicles;Self-piloting automobile )又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车、或轮式移动机器人,是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的历史,21世纪初呈现出接近实用化的趋势。

谷歌自动驾驶汽车于2012年5月获得了美国首个自动驾驶车辆许可证,预计于2015年至2017年进入市场销售。

自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,让电脑可以在没有任何人类主动的操作下,自动安全地操作机动车辆。

㈤ 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12H+13H→24He+01n,故A正确;
B、核反应过程中质量版数守恒,但质量不守权恒,核反应过程中存在质量亏损,因此m1+m2≠m3+m4,故B错误;
C、核反应过程中的质量亏损△m=m1+m2-m3-m4,释放的核能△E=△mc2=(m1+m2-m3-m4)c2,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;

㈥ 全超导托卡马克核聚变实验装置的研究成果

HT-7装置1995年投入运行,经过多方面的改进和完善,装置运行的整体性能和水平有了很大的提高。13年来,物理实验不断取得重大进展和突破,获得了一系列国际先进或独具特色的成果。
在中心等离子体密度大于2.2×1019/m3条件下,最高电子温度超过5 000万度;获得可重复大于60秒(最长达到63.95秒)、中心电子温度接近500万度、中心密度大于0.8×1019/m3的非感应全波驱动的高温等离子体;成功地实现了306秒的稳态等离子体放电,等离子体电流60kA,中心电子密度0.8×1019/m3,中心电子温度约1 000万度;2008年春季,HT-7超导托卡马克物理实验再次创下新纪录:连续重复实现了长达400秒的等离子体放电,电子温度1 200万度,中心密度0.5×1019/m3。这是目前国际同类装置中时间最长的高温等离子体放电。
同时,还在HT-7上开展了石墨限制器条件下的运行模式、等离子体物理特性和波加热、波驱动高参数等离子体物理特性以及高参数、长脉冲运行模式等世界核聚变前沿课题的研究,出色完成了国家“863”计划和中科院重大课题研究任务。HT-7实验的成功使中国磁约束聚变研究进入世界先进行列,也使HT-7成为世界上(EAST建成之前的)第二个全面开放的、可进行高参数稳态条件下等离子体物理研究的公共实验平台。
EAST在2007年1-2月的第二轮等离子体放电实验中,获得了稳定、可控具有大拉长比的偏滤器位形等离子体放电,最大等离子体电流达0.5MA,在0.2MA等离子体电流下最长放电达9秒,并成功完成了磁体、低温、总控和保护、等离子体控制等多项重要工程测试和物理实验。
2016年2月,中国EAST物理实验获重大突破,成功实现电子温度超过5000万度、持续时间达102秒的超高温长脉冲等离子体放电。这也是截至2016年2月国际托卡马克实验装置上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。标志着中国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。 发展目标:通过15年(2006-2020)的努力,使EAST成为我国磁约束聚变能研究发展战略体系中最重要的知识源头,使我国核聚变能开发技术水平进入世界先进行列。同时,积极参与国际合作,消化、吸收、掌握聚变堆关键科学与技术,锻炼队伍,培养人才,储备技术,使得我国有能力独立设计和建设(或参与国际合作)聚变能示范堆。
HT-7装置是国际上正在运行的(EAST投入正式运行之前)第二大超导托卡马克装置,配合EAST的科学目标开展高温等离子体的稳态运行技术和相关物理问题的研究,其稳态高参数等离子体物理实验结果和工程技术发展对EAST最终科学目标的实现和国际聚变研究都具有重要的直接意义。
EAST的科学研究分三个阶段实施:
第一阶段(3-5年):长脉冲实验平台的建设;第二阶段(约5年):实现其科学目标,为ITER先进运行模式奠定基础;第三阶段(约5年):长脉冲近堆芯下的实验研究。
EAST将对国内外聚变同行全面开放,结合国内外聚变的科学、技术和人才优势,开展磁约束聚变的科学和技术研究,培养国内磁约束聚变人才,为中国聚变能的发展奠定基础。

㈦ 人造太阳是什么

人民网合肥2月6日电
记者刘杰今天从中国科学院等离子体物理研究所所在的安徽合肥科学岛获悉:以探索无限而清洁的核聚变能源为目标的EAST超导托卡马克已完成部件装置,进入系统调试阶段,近日正在进行降温试验。据专家介绍,该装置预计7、8月份正式进入放电运行实验,届时如能成功完成放电实验,合肥将成为世界上第一个建成此类全超导非圆截面核聚变实验装置并能实际运行的地方。也就是说,我国将率先建成新一代“人造太阳”。
地球上的石油、煤等能源耗尽后,人类靠什么生活?科学家们开始把梦想变成现实。据介绍,从海水中提取氘(dāo),使其在上亿摄氏度的高温下与氚(chuān)产生聚变反应,1升海水里提取的氘,在完全的聚变反应中所释放的能量,相当于燃烧300升汽油释放的热能。专家说:“如果发明一种能够承受上亿摄氏度高温并且能够控制氘和氚聚变、稳定持续输出能量的装置,那就相当于发明一个‘人造太阳’,给人类提供像太阳一样无限清洁的能源,而海水是用之不尽的。”
一种被称为“托卡马克”的“人造太阳”实验装置承载起科学家们的梦想。从1990年开始,中国科学院等离子体物理研究所历时3年多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,实验中最高电子温度超过5000万摄氏度,并获得可重复的大于300秒的等离子体放电。从2000年开始,科学岛上的专家们在HT—7的基础上,开始建另一个更大型、代号为EAST的新一代全超导非圆截面托卡马克装置。
EAST从2003年开始进入总装。该项目总负责人万元熙研究员介绍说:“如果按期完成放电试验,那EAST就是世界上第一个建成的具有非圆截面的全超导托卡马克。不过,我们的花费却只有世界上同类装置的1/15或1/20。”据了解,该工程总投资近3亿元。
“这个装置的研究成果,对即将建设的国际热核聚变试验堆ITER计划的工程技术和物理基础研究方面将有重大意义。”万元熙说,“ITER计划是一个大型的国际科技合作计划,由于ITER的核心装置也是一个全超导非圆截面托卡马克,所以我们的EAST被同行们称为‘小ITER’”。
来源:人民网-《人民日报》
(责任编辑:马丽)

㈧ 全超导托卡马克核聚变实验装置研究用了多少经费

已经投入几十个亿了,这种大装置都是非常费钱的。
为了维持运行,每年还要上亿的投入。

㈨ 中国第一“人造太阳”基地是哪

中国第一复“人造太阳”基地是制合肥科学岛。

中国“人造太阳”EAST物理实验获重大突破,实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电,标志着中国在稳态磁约束聚变研究方面继续走在国际前列。

中国的全超导托卡马克核聚变实验装置EAST和中国、美国、俄罗斯等七方共同启动的国际热核聚变实验堆ITER都是旨在创造一个“太阳”,给人类带来源源不断的清洁能源,因此也俗称“人造太阳”。

(9)超导托卡马克实验装置扩展阅读:

2018年6月28日,国务院国资委在北京发布中央企业工业文化遗产(核工业)名录,首批专门发布核工业行业的12项工业文化遗产。中国第一座人造太阳实验装置是其中之一。

在刘志宏心中神秘的“人造太阳”的所在地, 其实就是中科院等离子体物理研究所,也是他获得博士学位的地方。在这里,他明白了,通过科学家们一代又一代的努力,已经建成了世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置(EAST), 同时,于2006 年正式加入了国际热核聚变实验堆(ITER)项目,这也是我国迄今为止参与的最大的国际合作项目。

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