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托卡马克核聚变的研发背景

2021-03-09知识17

托卡马克核聚变的中国状况 2006年9月28日,中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验,获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。。

既然有了托卡马克装置,为什么核聚变能源的使用还是不成熟? 目前托卡马克装置对聚变等离子体控制时间还不够长,不足以维持聚变的自持反应。托卡马克装置的磁约束原理决定了其稳定性较差,目前的努力都是为了提高稳定性,延长等离子体。

托卡马克核聚变的研发背景

托卡马克装置是否能实现可控核聚变? 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toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。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,外面缠绕着儿所线圈。在通电的时候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。相比其他方式的受控核聚变,托卡马克拥有不少优势。1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上,阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度 1 keV,质子温度 0.5 keV,nτ=10的18次方m-3.s,这是受控核聚变研究的重大突破,在国际上掀起了一股托卡马克的热潮,各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有:美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak,美国橡树岭国家实验室的奥尔马克(Ormark),法国冯克奈-奥-罗兹研究所的 TFR Tokamak,英国卡拉姆实验室的克利奥(Cleo),西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。托卡马克装置:20世纪70年代后期到80年代中期,世界各国陆续建成了四。

托卡马克核聚变的研发背景 能源是社会发展的基石。以煤炭、石油、天然气等化石能源替代柴薪的第一次能源革命带来了社会经济的飞速发展。然而这些宝贵的资源就这样被燃烧掉,同时造成了严重的污染。据估 计,一百年后地球上的化石能源将会面临枯竭。面对着即将来临的能源危机,人类有了一个共同的梦想—寻求一种无限而清洁的能源来实现人类的持续发展。托卡马克核聚变研究举步维艰,根本原因是轻元素原子核的聚合远比重元素原子核的分裂困难。原子核之间的吸引力是很大的,但原子核都带正电,又互相排斥,只有当两个原子核之间的距离非常接近,大约相距只有万亿分之三毫米时,它们的吸引力才大于静电斥力,两个原子核才可能聚合到一起同时放出巨大的能量。因此,首先必须使聚变物质处于等离子状态,让它们的原子核完全裸露出来。然而,两个带正电的原子核越互相接近,它们之间的静电斥力也越大。只有当带正电的原子核达到足够高的动能时,这需要几千万甚至几亿摄氏度的高温,它们的碰撞才有机会使它们非常接近,以致产生聚合。1933年,人们用加速器使原子核获得所需的动能,在实验室实现了核聚变。可是从这样的核聚变中得到的能量比加速器消耗的能量要小得多,根本无法获得增益的能量。1952年,美国用。

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