磁约束:是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性,构
造一个特殊的磁容器,建成聚变反应堆,在其中将聚变材料加
热至数亿摄氏度高温,实现聚变反应。
托卡马克是前苏联科学家于20世纪60年代发明的一种环
形磁约束装置。美、日、欧等发达国家的大型常规托卡马克在
短脉冲(数秒量级)运行条件下,做出了许多重要成果。等离
子体温度已达4.4亿度;脉冲聚变输出功率超过16兆瓦;Q值
(表示输出功率与输入功率之比)已超过1.25。
所有这些成就都表明:在托卡马克上产生聚变能的科学可
行性已被证实。但这些结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生
的,与实际反应堆的连续运行仍有较大的距离,其主要原因在
于磁容器的产生是脉冲形式的。
受控热核聚变研究的一次重大突破,就是将超导技术成功
地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上,建成了超导的托卡马
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
是公认的探索、解决未来具有超导堆芯的聚变反应堆工程及物
理问题的最有效的途径。
目前,全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马
克。法国的超导托卡马克Tore-supra的体积是中国HT-7的
17.5倍,它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装
置,在放电时间长达120s条件下,等离子体温度为两千万度,
中心密度每立方米1.5×1019,放电时间是热能约束时间的数百
倍。
西南物理研究院1984年建成中国环流器一号(HL-1),
1995年建成中国环流器新一号。
中国科学院等离子体物理研究所1995年建成超导装置
HT-7。它原是前苏联无偿赠送给中国的一套纵向超导的托卡马
克实验装置,经等离子体物理研究所的不断改进,它已成为一
个宠大的实验系统。它包括HT-7超导托卡马克装置本体、大
型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型
高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系
统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂
的诊断测量系统。在十几次实验中,取得若干具有国际影响的
重大科研成果。特别是在2003年3月31日,实验取得了重大
突破,获得超过1分钟的等离子体放电,最长放电时间达到
63.95秒;这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子
体放电的托卡马克装置。
这些重大进展是:
实现了在低杂波驱动下电子温度超过500万度、中心密度
大于每立方米1.0×10
19
、长达20秒可重复的高温等离子体放
电;实现了大于10秒、电子温度超过1000万度、中心密度大
于每立方米1.0×1019的高参数等离子体放电,这是世界上第二
个形成放电长度达到1000倍热能约束时间的高参数准稳态等离
子体;在离子伯恩斯波和低杂波协同作用下,实现放电脉冲长
度大于100倍热能约束时间、电子温度2000万度的高约束稳态
运行;最高电子温度超过3000万度。
在HT-7的基础上,等离子体物理研究所研制和设计了全
超导托卡马克装置HT-7U,后来名字更改为EAST或者称“实
验型先进超导托卡马克”(ExperimentalAdvanced
SuperconductingTokamak),目前正在组装阶段,预计2005年
建成。目前世界上第一个在建的全超导托卡马克―HT-7U装置
超导磁体的设计、研制和测试工作,于2003年7月下旬在合肥
市中科院等离子体所获得全面成功。
据中广网报道,作为中国第一个超导托卡马克HT-7的升级
装置,HT-7U装置的规模、性能都远远超出现在的HT-7,它
将在等离子体稳态运行、未来聚变反应堆的工程与物理研究等
方面做出更加深入的探索。
报道称,全超导托卡马克上的大型超导中心螺管线圈是建造
此类核聚变实验装置最具挑战性的技术难关,它的作用是通过
快速磁通变化产生初始阶段的等离子体电流。
2003年5月12日,第一个超导中心螺管原型线圈成功通
过性能测试,随后中科院等离子体所又对其纵场原型线圈成功
进行了超导电磁性能、机械性能、热工水力性能测试,经过
100小时的降温,线圈成功进入超导状态。
实验结果显示,线圈的性能完全达到设计参数,标志着该
装置的设计测试工作全面获得成功。
EAST是一台全超导托卡马克装置,受到国际同行的瞩
目。国际专家普遍认为,EAST可能将成为世界上第一个可实
现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马
克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性,更有利于科
学家探索等离子体稳态先进运行模式,其工程建设和物理研究
将为“国际热核聚变实验堆”(ITER)的建设提供直接经验和基
础。
为了达到聚变所要求的条件,托卡马克已经变为一个高度
复杂的装置,十八般武艺全用上了,其中有超大电流、超强磁
场、超高温、超低温等极限环境,对工艺和材料也提出了极高
的要求,从堆芯上亿度的高温到线圈中零下269度的低温,就
可见一斑。
本文发布于:2022-11-26 08:58:50,感谢您对本站的认可!
本文链接:http://www.wtabcd.cn/fanwen/fan/90/24097.html
版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。
留言与评论(共有 0 条评论) |