托卡馬克

較為成熟的是托卡馬克裝置，托卡馬克裝置需要超強(qiáng)的磁場(chǎng)，由于超導(dǎo)體具有零電阻效應(yīng)，且承載電流密度更高有利于建造更加緊湊、更高場(chǎng)強(qiáng)的聚變裝置，能夠有效改善長(zhǎng)脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，把產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈做成超導(dǎo)體，可以解決大電流和損耗的問(wèn)題，這就是超導(dǎo)托卡馬克。超導(dǎo)磁體在托卡馬克裝置成本占比近一半，可控核聚變商用化推進(jìn)帶動(dòng)超導(dǎo)磁體需求增加，市場(chǎng)空間較大。資料來(lái)源：Global Market Insights，民生證券研究院

（CSF）、托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）、Type One 能源集團(tuán)公司（Type One Energy Group）、普林斯頓仿星器公司（Princeton Stellarators）、聚焦能源公司（Focused Energy）、Xcimer 能源公司（Xcimer Energy）、Zap能源公司（Zap Energy）和Realta聚變公司（Realta Fusion）。這些企業(yè)將利用磁體技術(shù)、激光器技術(shù)等其他領(lǐng)域的最新研究成果，

TG)湍流是托卡馬克中幾種常見(jiàn)湍流.反常粒子輸運(yùn)由ITG湍流和TEM湍流驅(qū)動(dòng),反常熱輸運(yùn)與ITG湍流、TEM湍流和ETG湍流相關(guān)[11].ASDEX(axially symmetric divertor experiment)托卡馬克的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)ITG湍流可驅(qū)動(dòng)反常離子熱輸運(yùn)[12].電子熱輸運(yùn)可由TEM,ITG,ETG湍流驅(qū)動(dòng),三者對(duì)電子熱輸運(yùn)的貢獻(xiàn)由等離子體條件決定[11].湍流的變化與粒子輸運(yùn)和熱輸運(yùn)密切相關(guān),且影響H模的輸運(yùn)特性.在DIII-D托

界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置EAST獲重大成果，成功實(shí)現(xiàn)了403秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了托卡馬克裝置高約束模式運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。歷經(jīng)不斷攻關(guān)，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體物理研究所EAST大科學(xué)裝置團(tuán)隊(duì)解決了長(zhǎng)時(shí)間尺度下的等離子體位形約束、高功率射頻波加熱與電流驅(qū)動(dòng)、等離子體與壁相互作用、關(guān)鍵分布參數(shù)的實(shí)時(shí)診斷等系列前沿物理和技術(shù)集成問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了403秒高約束模等離子體運(yùn)行。此次EAST物理實(shí)驗(yàn)取得的系列重大突破，完全驗(yàn)證了EA

10月，英國(guó)托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）宣布在聚變能研究方面取得三項(xiàng)重要進(jìn)展：一是與英國(guó)原子能管理局（UKAEA）簽署為期五年的合作協(xié)議，二是原型聚變堆ST40 在近期試驗(yàn)中聚變?nèi)朔e創(chuàng)新高，三是宣布下一代原型聚變堆ST80-HTS建設(shè)計(jì)劃。托卡馬克能源主要開(kāi)展球形托卡馬克研究。在同一磁場(chǎng)強(qiáng)度下，球形托卡馬克裝置產(chǎn)生的等離子體壓強(qiáng)比傳統(tǒng)托卡馬克裝置高得多，即球形托卡馬克的效率更高。與英國(guó)機(jī)構(gòu)簽署合作協(xié)議10 月10 日，托卡馬克能源與原

、緊湊型先進(jìn)托卡馬克聚變中試廠概念。這種中試廠能夠長(zhǎng)時(shí)間維持等離子體，因此可以最大限度地提高效率，降低維護(hù)費(fèi)用，并延長(zhǎng)設(shè)施運(yùn)行壽命。在這一中試廠中，將使用超導(dǎo)磁體容納和約束等離子體；利用微波加熱燃料，使等離子體溫度超過(guò)1 億℃，以維持和控制等離子體；使用碳化硅制造液體金屬增殖包層（用于增殖氚和從托卡馬克裝置內(nèi)部轉(zhuǎn)移熱量）的內(nèi)表面。中試廠將使用通用聚變能公司專(zhuān)有的聚變綜合診斷工具（FUSE）。這一診斷工具能夠快速診斷中試廠運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而最大限度地提高效率。在

出一種名為“托卡馬克”的磁約束核聚變裝置，它的名字由俄文中環(huán)形、真空室、磁、線圈四個(gè)詞的前幾個(gè)字母組成。托卡馬克通過(guò)在環(huán)形真空室中構(gòu)造出一個(gè)閉合的螺旋磁場(chǎng)，完成對(duì)高溫等離子體的約束，聚變?nèi)剂显谥芏鴱?fù)始的運(yùn)動(dòng)中完成核聚變反應(yīng)，如圖3 所示。此外，根據(jù)磁場(chǎng)位形的不同，人類(lèi)還曾經(jīng)建造了磁鏡、仿星器、球形環(huán)、緊湊環(huán)、直線箍縮、環(huán)箍縮等多種類(lèi)型磁約束核聚變裝置[2]。但磁約束核聚變研究70 年的歷史表明，基于托卡馬克裝置的磁約束核聚變是目前最有希望實(shí)現(xiàn)聚變能和平利用

溫等離子體的托卡馬克裝置相對(duì)成熟一些，我國(guó)這方面處于世界領(lǐng)先地位，預(yù)計(jì)要到2030年實(shí)現(xiàn)示范工程發(fā)電。西雅圖的Zap Engergy公司，另辟蹊徑研發(fā)了一種非托卡馬克類(lèi)型的磁場(chǎng)約束設(shè)備，并宣稱已取得可控核聚變實(shí)驗(yàn)成功，甚至實(shí)現(xiàn)了能源收支平衡，這讓他們獲得了1.6億美元的C輪融資。托卡馬克裝置需要大量的磁鐵、超導(dǎo)線圈和隔熱材料，成本極為高昂。而他們Z-pinch系統(tǒng)利用等離子體本身產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，將等離子體夾在一個(gè)相對(duì)較短的管道里，直到它變得足夠熱從而發(fā)生核聚

源生產(chǎn)的球形托卡馬克”（STEP）原型聚變電廠的廠址。預(yù)計(jì)這座原型聚變電廠將在2040 年前后建成投運(yùn)。西伯頓現(xiàn)有兩臺(tái)化石燃料機(jī)組，包括一臺(tái)燃煤機(jī)組和一臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組。在西伯頓建設(shè)原型聚變電廠，可以被視為英國(guó)從化石燃料發(fā)電向聚變能發(fā)電轉(zhuǎn)型的標(biāo)志性象征。STEP原型聚變電廠建設(shè)計(jì)劃是英國(guó)當(dāng)前最重要的聚變能?chē)?guó)家發(fā)展計(jì)劃，由英國(guó)原子能管理局（UKAEA）負(fù)責(zé)，目標(biāo)是2040 年前研發(fā)、設(shè)計(jì)并建成一座原型聚變電廠且實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。STEP 原型電廠擬采用的技

【英國(guó)托卡馬克能源公司網(wǎng)站2022年3月10日?qǐng)?bào)道】英國(guó)托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）近日宣布，其原型聚變堆ST40已實(shí)現(xiàn)1億℃等離子體溫度。這是太陽(yáng)中心溫度的7倍，并且是實(shí)現(xiàn)受控核聚變必須達(dá)到的溫度。這是球形托卡馬克裝置首次實(shí)現(xiàn)這一重要里程碑。托卡馬克能源公司主要開(kāi)展球形托卡馬克研究，因?yàn)樵谕淮艌?chǎng)強(qiáng)度下，球形托卡馬克裝置產(chǎn)生的等離子體壓力比傳統(tǒng)托卡馬克裝置高得多，即球形托卡馬克的效率更高。ST40是一座帶有高溫超導(dǎo)磁體的球形托卡馬克反

【英國(guó)托卡馬克能源公司網(wǎng)站2021年12月16日?qǐng)?bào)道】英國(guó)托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）2021年12月16日宣布，用于確保超導(dǎo)磁體高效運(yùn)行的低溫或極低溫電氣設(shè)備設(shè)計(jì)取得重大突破：為真空低溫恒溫器研發(fā)了一種新型電源轉(zhuǎn)換器。2021年11月的相關(guān)測(cè)試表明，該轉(zhuǎn)換器將冷卻磁體所需電力降低了50%。這將大幅減少未來(lái)聚變電廠的運(yùn)行費(fèi)用。托克馬克能源表示，未來(lái)將進(jìn)一步開(kāi)展研發(fā)工作，在1000安培電流連續(xù)運(yùn)行和2000安培電流脈沖運(yùn)行情況下示范這種高

礎(chǔ)設(shè)施全超導(dǎo)托卡馬克裝置（中文名東方超環(huán)，簡(jiǎn)稱EAST）再次創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)時(shí)間高溫等離子體運(yùn)行。EAST裝置運(yùn)行15年來(lái)，先后實(shí)現(xiàn)了1兆安電流、1.6億攝氏度、1056秒的等離子體運(yùn)行，通過(guò)開(kāi)放共享的建制化管理模式，全面實(shí)現(xiàn)了EAST設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)，在穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行的工程和物理成果上繼續(xù)保持國(guó)際引領(lǐng)。EAST裝置取得的系列創(chuàng)新成果，為自主建造聚變工程實(shí)驗(yàn)堆提供了重要的實(shí)驗(yàn)基

之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置（EAST）實(shí)現(xiàn)1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置高溫等離子體運(yùn)行的最長(zhǎng)時(shí)間。 EAST是國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng)的國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，擁有類(lèi)似太陽(yáng)的核聚變反應(yīng)機(jī)制，用來(lái)探索核聚變能源應(yīng)用。近年來(lái)，在合肥綜合性國(guó)家科學(xué)中心等相關(guān)部門(mén)支持下，EAST進(jìn)行一系列性能升級(jí)，本輪實(shí)驗(yàn)于2021年12月初開(kāi)始。 EAST裝置實(shí)驗(yàn)運(yùn)行總負(fù)責(zé)人龔先祖告訴筆者：“2021年上半年，我們把電子溫度1.2億攝氏度

穩(wěn)定性是限制托卡馬克等磁約束核聚變裝置長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的主要因素之一。撕裂模等MHD不穩(wěn)定性的發(fā)展容易導(dǎo)致磁面破壞、輸運(yùn)增強(qiáng)，從而導(dǎo)致等離子體的約束退化。因此，探索等離子體不穩(wěn)定性的抑制手段已經(jīng)成為目前磁約束核聚變研究中的關(guān)鍵問(wèn)題之一［1］。針對(duì)托卡馬克中的磁流體不穩(wěn)定性，目前學(xué)界多采用基于MHD方程的數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。20 世紀(jì)90 年代， Barmin［2］和Nessyahu 等［3］已分別采用逆風(fēng)格式和二階精度高分辨率無(wú)振蕩的中心差分格式求解一維/二

“人造太陽(yáng)”托卡馬克在1.2億攝氏度下持續(xù)了長(zhǎng)達(dá)101秒的等離子體反應(yīng)，創(chuàng)造了核聚變領(lǐng)域的新紀(jì)錄，這一突破可能為碳中和能源的未來(lái)鋪平道路。EAST（實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克）或 HT-7U 是一種定制的聚變反應(yīng)堆，自2006 年以來(lái)已分不同階段運(yùn)行。EAST的建造具有十分重大的科學(xué)意義，它不僅是一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克，而且具有會(huì)改善等離子體約束狀況的大拉長(zhǎng)非圓截面的等離子體位形，它的建成使我國(guó)成為世界上少數(shù)幾個(gè)擁有這種類(lèi)型超導(dǎo)托卡馬克裝置的國(guó)家之一，使我國(guó)磁約束核

說(shuō)人造太陽(yáng)叫托卡馬克？智叟：你一個(gè)挖山的笨老頭知道什么……等等，我再去網(wǎng)上搜搜。愚公新詞多有了世界領(lǐng)先的盾構(gòu)機(jī)、全電腦三臂鑿巖臺(tái)車(chē)等挖山“神器”，愚公空閑多了，學(xué)習(xí)熱情高漲，還組了個(gè)讀書(shū)群。這天，后羿上線在群里聊了起來(lái)。后羿：華夏子孫在造太陽(yáng)，莫不是當(dāng)年我射日太多？愚公：若你不射下9個(gè)太陽(yáng)，寰宇焦土遍地，哪有我們挖山的事，更別提造托卡馬克。后羿：托……愚公：這得從太陽(yáng)說(shuō)起。太陽(yáng)就像個(gè)大火爐，它的柴火是氫，燃燒的時(shí)候發(fā)生核聚變反應(yīng)。被稱為人造太陽(yáng)的托卡馬克，

AST全超導(dǎo)托卡馬克裝置（東方超環(huán)）再次創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，實(shí)現(xiàn)了1056秒的長(zhǎng)脈沖高參數(shù)等離子體運(yùn)行，這是目前世界上托卡馬克裝置實(shí)現(xiàn)的最長(zhǎng)時(shí)間高溫等離子體運(yùn)行。據(jù)悉，EAST裝置運(yùn)行15年來(lái)，先后實(shí)現(xiàn)了1兆安、1.6億度、1056秒的等離子體運(yùn)行，通過(guò)開(kāi)放共享的建制化管理模式，全面實(shí)現(xiàn)了EAST設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)，在穩(wěn)態(tài)等離子體運(yùn)行的工程和物理上繼續(xù)保持國(guó)際引領(lǐng)。EAST裝置取得的系列創(chuàng)新成果，為自主建造聚變工程實(shí)驗(yàn)堆提供了重要的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。近年來(lái)，在合肥綜合性國(guó)

堆：兆安球形托卡馬克（Tokamak）升級(jí)版（Mast Upgrade）可以清除為電網(wǎng)提供無(wú)限清潔能源所面臨的障礙。聚變不同于現(xiàn)今的核電站使用的裂變技術(shù)，因?yàn)樗梢葬尫啪薮竽芰浚規(guī)缀鯖](méi)有放射性。這個(gè)耗資5 500萬(wàn)英鎊的聚變裝置歷時(shí)7年才建成。當(dāng)前，人類(lèi)對(duì)核能的利用方式依賴于裂變，就是將較重的化學(xué)元素分裂成較輕的化學(xué)元素。而核聚變的工作原理恰好相反，是將兩種輕元素融合成更重的元素。太陽(yáng)釋放的巨大能量就來(lái)自其中心發(fā)生的核聚變，Mast Upgrade是人

始安裝反應(yīng)堆托卡馬克的首個(gè)主要部件。該項(xiàng)目旨在建造世界上最大的核聚變反應(yīng)堆，模擬太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的核聚變過(guò)程。約200 名施工人員耗時(shí)兩天，將杜瓦底座置入位于法國(guó)卡達(dá)拉什附近的托卡馬克基坑內(nèi)。杜瓦底座面積比一個(gè)棒球場(chǎng)大，重量相當(dāng)于一棵巨大的紅杉樹(shù)，是托卡馬克最大最重的組件。ITER 俗稱“人造太陽(yáng)”，它在20 世紀(jì)80 年代被提出，2007 年作為一項(xiàng)國(guó)際大科學(xué)工程計(jì)劃在法國(guó)啟動(dòng)，聯(lián)合中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)七方共同參與建造。

著蘇聯(lián)T-3托卡馬克裝置開(kāi)啟了核聚變研究領(lǐng)域的托卡馬克時(shí)代，我國(guó)科學(xué)家注意到這一巨大成就，開(kāi)始建立托卡馬克研究課題，并于1974年建成我國(guó)第一臺(tái)鐵芯變壓器托卡馬克裝置CT-6，自此走上了核聚變的創(chuàng)業(yè)之旅。等離子體研究所先后對(duì)CT-6裝置進(jìn)行了2次改造，并將裝置分別命名為“HT-6A”和“HT-6B”，通過(guò)研究取得了初步成果。在積極改造裝置的同時(shí)，等離子體研究所也在不斷創(chuàng)新，于1980年設(shè)計(jì)了一個(gè)更大的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置HT-6M。通過(guò)鑒定，該裝置性能優(yōu)良，達(dá)到

。一朝成名的托卡馬克要想實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)，必須將聚變?nèi)剂霞訜嶂翗O高的溫度并予以有效約束。實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)通常有磁約束法和慣性約束法2 種方法。目前，我們實(shí)現(xiàn)核聚變的方法主要是使用磁約束法，而磁約束裝置中最出名的構(gòu)型為“托卡馬克裝置”。它是目前主流的核聚變裝置類(lèi)型，主要由激發(fā)等離子體電流的變壓器（鐵芯或空芯）、產(chǎn)生環(huán)向磁場(chǎng)的線圈、控制等離子體平衡的平衡場(chǎng)線圈和環(huán)形真空室組成。托卡馬克在誕生之初，并未受到很多關(guān)注。直到1968 年的國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)大會(huì)上，蘇聯(lián)科學(xué)家宣布

科學(xué)家提出的托卡馬克方案異軍突起，效果驚人，國(guó)際聚變界的重點(diǎn)研究方向隨之轉(zhuǎn)向了托卡馬克。當(dāng)世界的可控核聚變研究如火如荼時(shí)，中國(guó)“人造小太陽(yáng)”的建設(shè)也沒(méi)有掉隊(duì)。中國(guó)核聚變研究史上的重要里程碑，當(dāng)屬1984年中國(guó)環(huán)流器一號(hào)（HL-1）的建成。這是中國(guó)核聚變領(lǐng)域的第一座大科學(xué)裝置，它為中國(guó)自主設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行“人造小太陽(yáng)”培養(yǎng)了大批人才，積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。從此，中國(guó)磁約束聚變一步步從無(wú)到有，從小到大，從弱到強(qiáng)。1995年，中國(guó)第一個(gè)超導(dǎo)托卡馬克裝置HT-7在合肥建

中央大樓——托卡馬克大樓——移交給ITER組織，并啟動(dòng)了設(shè)備裝配工作。托卡馬克裝置的主要設(shè)備均已運(yùn)抵ITER施工現(xiàn)場(chǎng)。ITER將成為全球最大的托卡馬克裝置：直徑和高均為約30米，總重量達(dá)2.3萬(wàn)噸，由約100萬(wàn)個(gè)部件和1200個(gè)工程包組成。ITER計(jì)劃是一個(gè)重大國(guó)際合作項(xiàng)目，旨在建設(shè)一座500 MW托卡馬克聚變堆，證明聚變作為一種大規(guī)模零碳排放能源的技術(shù)可行性。歐盟幾乎承擔(dān)了其造價(jià)的一半，其他六個(gè)成員(中國(guó)、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó))分擔(dān)了另一半。根

縣實(shí)施的衛(wèi)星托卡馬克裝置JT-60SA建設(shè)項(xiàng)目。JT-60SA直徑約12米，相當(dāng)于ITER的一半，2013年啟動(dòng)建設(shè)，將于2020年產(chǎn)生首個(gè)等離子體。在ITER于2025年產(chǎn)生第一個(gè)等離子體之前，它將是全球最大的托卡馬克裝置。由于JT-60SA是在設(shè)計(jì)上最接近ITER的托卡馬克裝置，因此在JT-60SA開(kāi)展的研究，能夠幫助科研人員更好地迎接ITER的投運(yùn)。ITER投運(yùn)后，JT-60SA研究重點(diǎn)將轉(zhuǎn)移到下一代聚變反應(yīng)堆的準(zhǔn)備上，重點(diǎn)放在演示和優(yōu)化先進(jìn)等離子體

這些裝置包括托卡馬克、角向箍縮、Z箍縮、磁鏡、反場(chǎng)箍縮、仿星器等。1969年,蘇聯(lián)托卡馬克T-3[2]成功獲得1 keV的高溫等離子體,1970年被美國(guó)的ST[3]驗(yàn)證,使該類(lèi)型聚變實(shí)驗(yàn)裝置異軍突起。托卡馬克(Tokamak)是蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)明的磁約束位形,“Tokamak”一詞來(lái)自環(huán)形(Toroidal)、真空室(Kamera)、磁體(Magnet)、線圈(Kotushka)四個(gè)俄語(yǔ)單詞的詞頭縮寫(xiě)。隨著眾多的托卡馬克[4-9]投入實(shí)驗(yàn),加深了對(duì)等離子體物理

5000噸的托卡馬克和杜瓦需要呼吸的空間”， being too formal and not in accordance with the tone of the context. The authors translation is as follows：托卡馬克也要呼吸——當(dāng)比太陽(yáng)中心溫度高10倍的等離子體在ITER真空室里跳動(dòng)的時(shí)候，總重達(dá)25000噸的托卡馬克裝置和杜瓦要有地方喘口氣才行。The translation uses oral lan

要：通過(guò)對(duì)托卡馬克裝置的研究，為中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆和國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆提供了理論和工程技術(shù)。本文基于當(dāng)前主要的托卡馬克，運(yùn)用磁流體力學(xué)數(shù)值模擬程序和動(dòng)理學(xué)混合模擬程序，探究了不同類(lèi)型托卡馬克裝置上的離散型阿爾芬本征模，以及在高能量粒子條件下離散阿爾芬本征模的不穩(wěn)定性特征，為中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆和國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆提供理論參考。模擬發(fā)現(xiàn)在三類(lèi)托卡馬克裝置上，較寬的運(yùn)行范圍內(nèi)，都存在離散阿爾芬本征模，且這種本征模易受高能量粒子激發(fā)成不穩(wěn)定模式。離散阿爾芬本征模

界首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克裝置，通過(guò)將反應(yīng)原料加熱到上億攝氏度（比太陽(yáng)核心溫度高十倍）來(lái)實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng)。因?yàn)檫@一實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)原理與太陽(yáng)相同，因此也被稱為“人造太陽(yáng)”項(xiàng)目。診斷系統(tǒng)“東方超環(huán)”在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，科學(xué)家們需要全程監(jiān)控它的各項(xiàng)反應(yīng)參數(shù)。然而由于“超高溫度”造成的極限環(huán)境很難直接測(cè)量，科學(xué)家們就“迂回”地采用光譜分析來(lái)推導(dǎo)里面的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)。這種方法很像醫(yī)生通過(guò)聽(tīng)診來(lái)判斷人體內(nèi)的健康情況，因此將極限環(huán)境下的測(cè)量系統(tǒng)稱為診斷系統(tǒng)。微波加熱系統(tǒng)采取家用微波爐的

第一個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克（EAST）東方超環(huán)再傳捷報(bào)：實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的101.2秒穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束等離子體運(yùn)行，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。此舉標(biāo)志著EAST成為世界上第一個(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模式運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到百秒量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，表明我國(guó)磁約束聚變研究在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的物理和工程方面將繼續(xù)引領(lǐng)國(guó)際前沿，對(duì)國(guó)際熱核聚變?cè)囼?yàn)堆（ITER）和未來(lái)中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）的建設(shè)和運(yùn)行具有重大科學(xué)意義。

種方法可提升托卡馬克裝置（一種核聚變反應(yīng)堆）的性能.圣彼得堡的科學(xué)家已經(jīng)對(duì)“不粘模式”進(jìn)行了評(píng)估，認(rèn)為這種方法可能會(huì)提高反應(yīng)堆耐磨損和耐撕裂的能力.由于現(xiàn)代材料還不能承受核反應(yīng)所需的溫度，托卡馬克裝置中的等離子體不由室壁約束，而是由電磁場(chǎng)約束.當(dāng)托卡馬克裝置運(yùn)行時(shí)，釋放的能量仍然會(huì)傳遞到反應(yīng)器的內(nèi)壁上，導(dǎo)致內(nèi)壁材料劣化.為了解決這一問(wèn)題，圣彼得堡理工大學(xué)的研究人員提出了所謂的“不粘模式”，其中特殊的混合物經(jīng)由轉(zhuǎn)向器注入反應(yīng)器中.這些混合物可以控制等離子體的

美國(guó)托卡馬克聚變反應(yīng)堆打破世界紀(jì)錄美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員在阿爾卡特C-Mod（Alcator C-Mod）托卡馬克聚變反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄，等離子體壓強(qiáng)首次超過(guò)了兩個(gè)大氣壓，這意味著人類(lèi)距獲得“取之不盡用之不竭”的清潔能源又近了一步。托卡馬克（Tokamak）是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。阿爾卡特C-Mod實(shí)驗(yàn)裝置曾在2005年創(chuàng)造了1.77個(gè)大氣壓的世界紀(jì)錄。此次，該裝置的等離子體壓強(qiáng)達(dá)到2.05個(gè)大氣壓，其中等離子體每秒發(fā)生

服役23年的托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置就是一種利用磁約束來(lái)實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器。日前，麻省理工學(xué)院科學(xué)家在該裝置的實(shí)驗(yàn)中創(chuàng)造出新的世界紀(jì)錄，等離子體壓強(qiáng)首次達(dá)到2.05個(gè)大氣壓，其中等離子體每秒發(fā)生300萬(wàn)億次聚變反應(yīng)。新紀(jì)錄在該裝置以往成績(jī)的基礎(chǔ)上提高了15%，對(duì)應(yīng)的溫度達(dá)到3500萬(wàn)攝氏度，約是太陽(yáng)核心溫度的兩倍。鑒于高壓等離子體是實(shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵因素，這意味著人類(lèi)距獲得“取之不盡用之不竭”的清潔能源又近一步。

25)?超導(dǎo)托卡馬克KSTAR中的離散阿爾芬本征模閆星辰，胡雙輝*,鄭義鴻(貴州大學(xué) 理學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025)超導(dǎo)托卡馬克更容易實(shí)現(xiàn)高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，逐漸成為磁約束核聚變反應(yīng)裝置的發(fā)展趨勢(shì)。αTAE( α-induced toroidal Alfvén eigenmode)是一種由α(α是一種壓強(qiáng)梯度標(biāo)度)誘導(dǎo)的阿爾芬本征模，容易被高能量粒子激發(fā)為不穩(wěn)定模式，影響托卡馬克的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在研究的參數(shù)條件下模擬發(fā)現(xiàn)KSTAR超導(dǎo)托卡馬克中αTAE在小半徑

研究院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過(guò)5 000萬(wàn)℃、持續(xù)時(shí)間達(dá)102 s的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電.這是國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置上電子溫度達(dá)到5 000萬(wàn)℃持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電.超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電是未來(lái)聚變堆的基本運(yùn)行模式.EAST既定科學(xué)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)1億度1 000 s的等離子體運(yùn)行，但實(shí)現(xiàn)該科學(xué)目標(biāo)目前仍面臨著眾多科學(xué)和技術(shù)的挑戰(zhàn).本輪實(shí)驗(yàn)以來(lái)，EAST團(tuán)隊(duì)解決了一系列關(guān)鍵科學(xué)和工程技術(shù)難題：長(zhǎng)脈沖等離子體磁位形的精確

C-Mod托卡馬克聚變堆創(chuàng)造了一項(xiàng)世界紀(jì)錄——等離子體壓強(qiáng)超過(guò)2個(gè)大氣壓。Alcator C-Mod 1993年投運(yùn)，是世界上第三臺(tái)強(qiáng)磁場(chǎng)托卡馬克裝置，也是世界唯一的擁有被稱為“托卡馬克”的環(huán)形腔的緊湊型強(qiáng)磁場(chǎng)聚變堆。其磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)8特斯拉——地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的16萬(wàn)倍，從而能夠創(chuàng)造致密的熱等離子體，并能在超過(guò)8000萬(wàn)攝氏度的高溫下使等離子體保持穩(wěn)定。該堆的磁場(chǎng)強(qiáng)度是其他聚變堆的兩倍以上，因而能夠產(chǎn)生更高的等離子體壓強(qiáng)。在其23年的運(yùn)行史中，Alcator

我國(guó)全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置獲重大突破日前，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置EAST成功實(shí)現(xiàn)了電子溫度超過(guò)5千萬(wàn)度、持續(xù)時(shí)間達(dá)102秒的超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電，這是國(guó)際托卡馬克實(shí)驗(yàn)裝置上電子溫度達(dá)到5000萬(wàn)度持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的等離子體放電。超高溫長(zhǎng)脈沖等離子體放電是未來(lái)聚變堆的基本運(yùn)行模式。目前，國(guó)際上大部分磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置為常規(guī)非超導(dǎo)托卡馬克，且偏濾器位形等離子體持續(xù)時(shí)間基本都在20秒以下，只有歐盟和日本科學(xué)家曾獲得最長(zhǎng)為60秒

館之CT-6托卡馬克裝置—中國(guó)第一臺(tái)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置在中國(guó)科學(xué)技術(shù)館展館外，陳列著一個(gè)樣子奇特的靜態(tài)裝置，它就是—CT-6托卡馬克裝置。它是我國(guó)第一臺(tái)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，由中國(guó)科學(xué)院物理研究所和電工研究所于1974年建造，曾獲1978年全國(guó)科學(xué)大會(huì)一等獎(jiǎng)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)館室外展出的托卡馬克裝置什么是核聚變核聚變指由質(zhì)量小的原子核，主要指氘或氚核，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核聚合反應(yīng)，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨巨大的能量釋放的一種

— CT-6托卡馬克裝置。它是我國(guó)第一臺(tái)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，由中國(guó)科學(xué)院物理研究所和電工研究所于1974年建造，曾獲1978年全國(guó)科學(xué)大會(huì)一等獎(jiǎng)。什么是核聚變核聚變指由質(zhì)量小的原子核，主要指氘或氚核，在一定條件下（如超高溫和高壓），發(fā)生原子核聚合反應(yīng)，生成新的質(zhì)量更重的原子核，并伴隨巨大的能量釋放的一種核反應(yīng)生成過(guò)程。與傳統(tǒng)化石能源相比，核聚變?nèi)剂蟽?chǔ)備豐富，海水中氘的儲(chǔ)量足夠人類(lèi)使用幾十億年。另外，核聚變反應(yīng)的廢物為氦，對(duì)環(huán)境無(wú)污染。托卡馬克用來(lái)做什么

托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置輔助加熱系統(tǒng)通過(guò)驗(yàn)收國(guó)家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施“托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置輔助加熱系統(tǒng)”（簡(jiǎn)稱“EAST輔助加熱”）項(xiàng)目在合肥通過(guò)驗(yàn)收。驗(yàn)收專(zhuān)家指出，該項(xiàng)目進(jìn)一步提升了我國(guó)大規(guī)模自主研發(fā)聚變關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)的能力，為未來(lái)EAST開(kāi)展高水平的科學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。該輔助加熱系統(tǒng)的輸出功率、運(yùn)行脈沖長(zhǎng)度等參數(shù)均達(dá)到或超過(guò)了設(shè)計(jì)指標(biāo)，擁有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。項(xiàng)目組自主設(shè)計(jì)并研制了“穩(wěn)態(tài)大功率低雜波電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)”，全面、系統(tǒng)地發(fā)展了C波段穩(wěn)態(tài)大功率微波

余摘 要：對(duì)托卡馬克聚變堆中的離子回旋頻率范圍內(nèi)的快波電流驅(qū)動(dòng)的原理、意義、理論、實(shí)驗(yàn)方面的研究成果和現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了研究方向和方法。關(guān)鍵詞：快波；電流驅(qū)動(dòng)；托卡馬克；等離子體中圖分類(lèi)號(hào)：TL61+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）13-0022-02在托卡馬克聚變裝置中，想要讓等離子體處于高性能、穩(wěn)定的狀態(tài)，就必須采用非感應(yīng)的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)大環(huán)方向的等離子體電流。從目前的聚變裝置實(shí)驗(yàn)和理論研究來(lái)看，非感應(yīng)方式驅(qū)動(dòng)電流的主要方

要研究對(duì)象.托卡馬克等離子體中的電子不僅受到與其它粒子的碰撞阻尼力，還受到環(huán)形電場(chǎng)的加速力.一部分速度大的熱電子或者是快電子受到的碰撞阻力小于環(huán)形電場(chǎng)力時(shí)，就會(huì)不斷地被加速到很高的能量.當(dāng)熱電子受到的碰撞阻尼力平衡于環(huán)形電場(chǎng)力時(shí)，電子速度即稱為逃逸的速度閾值.由于托卡馬克等離子體中的電子的分布函數(shù)呈現(xiàn)麥?zhǔn)戏植?，有小部分的高能尾部存在，在低雜波電流驅(qū)動(dòng)(Lower Hybrid Current Drive，LHCD)和電子回旋共振加熱(Electron Cy

TER計(jì)劃；托卡馬克能源是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)文明的進(jìn)步，人類(lèi)對(duì)能源的需求也越來(lái)越大。從化石燃料提供的能源來(lái)看，地球上的化石燃料資源有限，煤儲(chǔ)量有可能維持200年左右，石油、天然氣僅能維持幾十年，所以從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，核能將是繼石油、煤和天然氣之后的主要能源，人類(lèi)將從“石油文明”走向“核能文明”。目前我國(guó)正在運(yùn)行的核電站都是核裂變電站，核裂變雖然能產(chǎn)生巨大的能量，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上核聚變。另外，裂變堆的核燃料蘊(yùn)藏極為有限，而且存在棘手的廢物處置