中科院实验装置

『壹』 中科院物理所举办公众开放日，在哪里设置了分会场

相信大家这段时间都已经在网络上看到过非常震惊的消息，那就是作为全国科技周活动之一的中科院物理所，在上周举办的公众开放日里面首次开放了怀柔分会场，而这一次的怀柔分会场里面的这一次的活动也是吸引了很多的人到现场进行观看，要知道，这一次的活动是由中科院物理所所在的怀柔科技学建设的大学科学装置进行了相关的展品的展示，可以说是非常的吸引人，而这一次的会场就设置在北京。

怀柔科学大学城这一次举办的活动还是非常不错的，尤其是由中科院进行相关的主办，如果有喜欢的朋友们可以去现场进行观看，毕竟这样的场景还是非常难以看到的。

『贰』 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。

『叁』 中国科学院重大科技基础设施的综述

20世纪中叶以后，科学发展的一个重要特征是大科学装置的出现。大科学装置是指须通过较多资金投入和工程建设来完成，建成后通过长期的稳定运行和持续的科学技术活动，以实现重要科学技术目标的大型设施。其科学技术目标必须面向国际科学技术前沿和国家重大需求，为国家科学技术进步、国防建设与社会经济的发展做出战略性、基础性和前瞻性的贡献。
大科学装置作为国家科学技术水平和综合实力的重要体现，对国家科学技术的发展具有重要的推动力。中国科学院是承担我国大科学装置建设和运行的主要力量，目前运行装置11个，在建装置9个。
按不同的应用目的，大科学装置可分为三类：
第一类，专用研究装置：为特定学科领域的重大科学技术目标建设的研究装置，如北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器、超导托卡马克核聚变实验装置、神光装置和大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜。
第二类，公共实验平台：为多学科领域的基础研究、应用基础研究和应用研究服务的，具有强大支持能力的大型公共实验装置，如合肥同步辐射装置及上海光源。
第三类，公益基础设施：为国家经济建设、国家安全和社会发展提供基础数据的重大基础科学技术设施，如中国遥感卫星地面站、遥感飞机、长短波授时系统、中国西南野生生物种质资源库。
大科学装置本身是由多学科支撑、众多高新技术集成和国际竞争的产物；是支撑多学科与交叉学科的发展、先进的大型公共技术平台；是国家创新体系中具有强大研发能力和国际竞争能力的大型科研基地。大科学装置集中体现出国家科学基础设施的水平和技术制造能力。中科院一批大科学装置的成功运行，取得了丰硕的成果，在国家的发展中发挥的重要作用主要表现在以下方面：
一、专用研究装置极大提升了我国基础前沿研究水平和自主创新能力
二、公益基础设施为社会发展提供必不可少的保障
三、大型公共实验平台对广泛的科学研究领域起到了巨大推动作用
四、提高参与国际竞争的能力
五、促进和拉动国家高新技术发展
六、成为建立国家大型科研基地的重要条件
七、具有较高社会显示度

『肆』 我国“稳态强磁场实验装置”实现重大突破，具有怎样的意义

中科院物质科学研究院相关负责人表示，我国重大科技基础设施“稳态强磁场实验装置”实现了重大突破，创下了场强45.22万高斯的记录，甚至已经超越了保持了23年的45万高斯的世界纪录。这一突破首先意味着我国该项成果已经达到了国际领先水平，其次在此过程中科研团队付出的努力也激发着新一代科研人员的热血，最后也为继续探索科学提供了前沿工具，鼓励我们积极探索相关领域。

更重要的是，2017年时我国刚刚拥有这项技术，仅能研发出稳态强磁场实验装置，位列美国、法国、荷兰、日本之后，但正是因为我国科研人员的不断努力、项目的投入、技术的创新才让我们成功打破世界记录，成为世界领先。

『伍』 我国启动建设全球首个综合极端条件实验装置计划了吗

由中国科学院物理研究所等建设的综合极端条件实验装置，日前在北京市怀柔科学城正式开工。该工程拟通过5年左右时间，建成国际上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置，极大提升我国在物质科学及相关领域的基础研究与应用基础研究综合实力。

中科院副院长王恩哥表示：“未来，希望综合极端条件实验装置能够建设成为世界领先的用户装置，与相关交叉平台一起构成具有全球影响力的凝聚态物质科学研究中心。努力探索世界科学前沿，实现技术引领性突破，为把我国早日建成创新型国家做出应有的贡献。”

“该装置的主体建筑有望在2019年完工，2022年最终验收。建成后，将向国内外用户全面开放。”吕力说。

中国越来越强大了，我们为自己是中国人而自豪！

『陆』 合肥人造太阳7000万℃运行超千秒创新纪录，更大的一台建造中

可控核聚变技术是被全人类寄予厚望的未来能源方式，它利用的是太阳燃烧的原理来释放热量，因此这类的实验装置常被称作“人造太阳”，我国中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所就有一座有“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置，2021年12月30日晚，这台装置又创造了一个世界之最——实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，而且是在7000万℃的高温下。
之前我们常听说某个国家的人造太阳装置创造了多少秒的运营实验，这个时间通常是几秒或几十秒，有的甚至不到1秒钟，这次的合肥物理研究所的人造太阳创造了1056秒的运行时间，合17.6分钟，是世界上首次人造太阳装置超过“千秒”时间，创造了世界托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间纪录，有业界专家认为这样的时长已经逼近可实用操作的最低要求。
超导托卡马克装置是一种利用磁约束和真空绝热来实现受控核聚变的环形容器，运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，再通过物理方法使其变成高密度和高温条件下的等离子体，进而发生聚变反应，这时就会产生强大的能量。超导托卡马克已被科学界公认为是探索、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。
中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所的全超导托卡马克核聚变实验装置从开始建造至今已有10年，其直径约8米，重四百多吨，是全世界所有的已建成的中大型托卡马克装置。
2016年2月时，合肥这座全超导托卡马克物理实验就实现了电子温度达到5000万℃持续时间最长的等离子体放电；2018年11月12日，EAST又实现了1亿℃等离子体放电；2021年5月28日，全超导托卡马克核聚变实验装置创造了可重复的1.2亿℃的高温，并且持续了101秒，同时还实现了1.6亿℃持续20秒的运行，如今又实现了7000万℃高温下1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，打破了自己保持的世界纪录，标志着我国在可控核聚变研究上处于世界领先水平。
合肥EAST装置实验运行总负责人龚先祖也表示：“此次把电子温度近7000万摄氏度的长脉冲高参数等离子体维持1056秒，注入能量达到1.73吉焦，实验意义重大，千秒等离子体运行的实现已为未来建造稳态的聚变工程堆奠定坚实的科学和实验基础。”
可控核聚变发电技术和如今正在使用的核能发电技术是不一样的，如今的核电站使用的都是可控核裂变技术，离不开放射性较强的铀、钚等重元素，一旦发生核泄漏，就会造成难以收拾的核污染状况，因此世界上的不少核电大国限制了核能发电技术的应用，关停了不少核电站。但可控核聚变技术就不存在这样的情况，它并不存在重元素污染的情况，而且核聚变装置关了之后高温高压环境立即消失，核反应立即就会停止，所以十分安全。
合肥这座全超导托卡马克装置只是一个核聚变实验堆，我国下一代“人造太阳”——中国聚变工程实验堆目前已完成工程设计并开始建造，这是更大的一个核聚变反应堆，据《金投网》2021年9月29日消息称其聚变堆主机关键系统综合研究设施正在建设，计划到2035年建成核聚变工程实验堆，开始实用化发电的大规模科学实验，到2050年时聚变工程实验堆实验成功并建设大型聚变商业示范堆，初步掌握可控核聚变发电等方面的技术，届时人类将可以不再为能源问题发愁了。
参考资料：
《环球网》2021年12月31日文章《1056秒！中国人造太阳运行时间突破千秒》
《金投网》2021年9月29日文章《中国核聚变研究创世界纪录，“人造太阳”有望在10年内提供电力》
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