核聚变离我们还有多远,我国的核聚变研究进展如何?

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我国磁约束聚变研究开始于上世纪五六十年代。中科院物理所最先建造了一个直线放电装置和两个角向箍缩装置。原子能科学研究院建造了磁镜“小龙”装置。北京大学、复旦大学和清华大学等开展了相关基础研究。1962年东北技术物理研究所成立后,建成了一台Z箍缩装置、一台角向箍缩装置和一台离子源,并开展了稳态磁镜的设计。

1964-1983年是我国磁约束聚变研究的调整期,也是以工程为主的建设阶段。1966年秋至1970年初,东北技术物理研究所的受控聚变部和原子能科学研究院的受控聚变研究室先后迁至四川乐山,成立了西南物理研究所(现在的核工业西南物理研究院),建成了仿星器装置和超导稳态磁镜装置。1969年,中科院物理所建成了一台100kJ的角向箍缩装置,得到了热核中子,并于1974年建成了我国第一台托克马克CT-6。后来CT-6 升级成为CT-6B,备有两个回旋管微波加热系统,进行电子回旋波加热和电流驱动实验。在CT-6B上还进行了反馈控制、阿尔芬波的模转换和交流调制等实验。1972年,中科院在安徽合肥筹建聚变研究基地,1978年成立中科院等离子体物理研究所。在此期间,中国科学技术大学近代物理系设置等离子体物理专业,并建成一个小托克马克装置—KT-5B,进行了阿尔芬波加热和湍流现象等观测实验。该装置后来改建为KT-5C。
1984年以来,我国磁约束聚变研究进入以托克马克实验为主的阶段。中科院等离子体物理研究所的HT-6B、HT-6M和核工业西南物理研究院的HL-1相继建成投入运行。HT-6M是一台空芯变压器托克马克,安装了功率为兆瓦级的离子回旋共振加热设备,进行辅助加热实验;进行了低密度、高电子温度运行,并曾开展表面湍流加热实验。HT-6B是略小于HT-6M的同类型装置,装有螺旋绕组,成功地控制了m=2,3的磁扰动,并抑制了等离子体的内破裂;还进行了低杂波驱动实验等。HL-1是有厚达5cm的铜壳和铁芯变压器的托克马克。在相近规模的托克马克中,它的放电时间较长,达1s,有效电荷数较低。在这一装置上,进行了高密度、低q放电,并对磁流体不稳定性等进行了研究。经喷铁、碳化、硅化,得到了较洁净的等离子体。使用抽气孔栏及静电偏压,改善了约束态。并开展了冰冻氘丸注入、电子回旋共振加热和低杂波电流驱动等研究。后来HL-1改装成HL-1M,反馈控制取代了厚铜壳,进行了弹丸注入和高功率辅助加热以及高功率非感应电流驱动下的等离子体研究。
1995年等离子体物理研究所建成HT-7托克马克装置,采用超导磁体。1998年得到长达6s的等离子体持续时间。2003年实验获得超过1min的等离子体放电,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克马克装置。目前,这一装置的持续放电时间已经突破4 min。
2002年12月,HL-2A在核工业西南物理研究院建成,成为我国第一个带有偏滤器位形的托克马克装置,实现双零点偏滤器位形,掌握大型托克马克等离子体密度剖面、温度剖面、电流密度剖面控制技术,探索出一条较为先进的托克马克运行模式。在HL-2A上最终达到:产生高温(离子温度2-4 keV)、高密度(密度 )和高能量约束时间(40-150 ms)的等离子体,实现HL-2A装置等离子体电流大于400kA的稳定放电。
在HT-7的基础上,中科院等离子体物理研究所设计和研制了全超导托克马克装置HT-­7U(大科学工程EAST),于2006年初进行了首次工程调试,2006年9月成功放电,获得电流200kA、时间接近3s的高温等离子体放电。EAST是我国科学家、工程技术人员自主设计、非圆截面核聚变实验装置。作为全超导非圆截面托卡马克,EAST的规模比ITER小得多,但等离子体位形及主要的工程技术基础相似。因此,在EAST上的实验研究将从物理基础、工程技术基础和人才培养上,为ITER计划做出前期研究贡献。

2003年2月,我国正式加入ITER计划谈判。

2003年11月,国家中长期科技发展规划ITER专项论证专家组进行论证。

2006年11月,我国和参加ITER计划谈判的各方代表,共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》(以下简称《组织协定》)、《联合实施国际热核聚变实验堆计划国际聚变能组织特权和豁免协定》(以下简称《特豁协定》)及其它相关文件。

2007年2月,国务院批准设立“ITER计划专项”。

2007年8月,全国人大常委会审议通过了《组织协定》和《特豁协定》。

2007年9月,我国政府向ITER组织正式提交由国家主席签署的两个协定批准书。

2008年10月,中国国内机构-中国国际核聚变能源计划执行中心成立,ITER中国工作全面展开。

截止到2010年5月,我国已与ITER组织签订了5个采购包安排协议(PA),涉及环向场线圈导体、极向场线圈导体、校正场线圈、磁体支撑以及磁体馈线和校正场线圈导体等采购包;并与国内相关科研机构和企业签订了环向场(TF)认证导体、导体集成和超导股线等采购包制造任务采购制造合同。
以参加ITER计划为契机,在国务院相关部门的支持下,ITER计划专项国内配套研究工作于2008年启动。到目前已经批准立项32个研究项目,研究内容涉及聚变堆的概念设计、波加热、聚变材料、TBM、混合堆以及相关等离子体理论和实验研究等众多学科。

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