托卡马克高约束运行模式和磁约束受控核聚变

磁约束受控核聚变是最终解决人类能源问题的有希望的途径之一.托卡马克的高约束运行模式可以大大降低下一代磁约束聚变实验装置和将来的聚变示范反应堆的规模和造价.文章简要介绍了托卡马克高约束模式的特征,实现条件及亟待研究解决的科学技术问题,包括触发高约束模式的物理机理,功率阈值与等离子体参数的关系等,以及在高约束运行模式下观察到的边缘局域模的驱动机制、控制或缓解技术等.     

低杂波驱动电流的密度限制

驱动等离子体电流是当前聚变研究中的一项重要课题,其目标是借以建立稳态运行的托卡马克反应堆。利用低杂波来驱动电流是主要方案之一,近来取得了重大进展。但是,在目前的实验中,低杂波只在较低的等离子体密度下才能有效地驱动电流,其密度极限远低于反应堆所要求的密度。对于这种现象,目前尚无适当的解释。如果不能突破这种密度限制,建立波驱动的稳态托卡马克反应堆的方案将成为泡影。     

等离子体理论—用球形托卡马克建立D-^3He聚变反应堆的可能性

最近几年，在磁约束聚变研究中，一类新的途径，即叫做球型托卡马克或叫做球形环的途径，取得了重要的进展,同时，托卡马克继续取得进展，国际热核实验反应堆计划（ITER）已进入实施阶段。在球形环实验中，经常可以达到高达50％以上的磁流体稳定的比压值。球形环的约束定标关系，虽然不如托卡马克那样具有庞大的数据库，但看起来也不比托卡马克差。于是，基于D及^3He之类先进燃料的聚变反应堆的兴趣有所回升，因为这类反应堆产生的高能中子的数量要小很多，后者对第一壁的损伤使得壁材料问题成为一个很困难的问题。本文利用ITER设计中公认的定标律及运行参数窗口来探讨建立基于球形环概念的D和^3He燃料的聚变反应堆的可能性。     

环形装置中三维MHD平衡与稳定性的计算机模拟

一、引 言 在聚变研究中,环形等离子体的磁约束起着重要作用。目前托卡马克研究的进展令人鼓舞,其理论与实验比较符合,定标关系清楚。但是无论从聚变的最终目标来看,还是从实验的安排考虑,完全轴对称的几何形状给各方面部带来许多不便。人们希望知道如果把环形几何中加进直线段,或者把圆环改成不具有对称性的环形,会对等离子体约束产生何种影响?     

托卡马克研究的现状及发展

核聚变能是未来理想的能源。经过半个多世纪的不懈努力,随着国际上一批托卡马克装置成功建设和运行,磁约束聚变研究取得了一系列重大成果,具备了建造和运行反应堆级托卡马克实验装置科学技术和工程建设条件。基于这一共识,世界上一些主要国家共同合作,启动并实施了国际热核聚变实验堆(ITER)计划,希望通过建设和运行ITER,验证和平利用核聚变能的科学技术和工程可行性。中国的托卡马克研究经过近40年的发展取得了很大的进展。未来5年,将建立近堆芯级稳态等离子体实验平台,开展高水平的科学实验;吸收消化、发展与储备聚变工程实验堆关键技术;完善聚变工程实验堆的设计和开展关键部件预研,为在2020年前后独立开展中国聚变工程堆奠定坚实的科学技术基础。     

环径比为2的托卡马克反应堆中氘氚燃烧等离子体特性

本文对环径比为2（A=2）的托卡马克反应堆中氘氚燃烧等离子体的特性，利用一类简单的平衡位形，即Solov’ev位形，进行了研究。作为基准，采用了Troyon比压极限和Greenwald密度极限，以及 ITER的H-模约束定标关系。我们发现，除了增大拉长比外，大的三角变形也有利于提高比压值及获得高的聚变功率输出。与 ITER设计相比，对相同的总等离子体电流而言，A=2的反应堆因边缘安全因子很大，具有可以避免破裂不稳定性的优点。由于减小环径比时环内侧的可利用空间相应减小，这类反应堆的一个主要缺点是环向磁场强度也会减小，从而降低聚变堆品质。实际研究工作中要对这些方面做出某种折衷。另外，虽然由于我们采用了简单的位形，我们不能对自举电流的准直性进行优化，但是通过本研究仍然可以对中等环径比反应堆系统（目前是研究工作的空白）的特点获得了解。     

强相对论性电子束在受控热核聚变研究中的应用

一、引 言1.传统的受控聚变研究途径所面临的困难和 问题 二十多年来,实现受控聚变的传统的研究途径是用强磁场来约束高温等离子体的方法.沿此途径,近年来已取得重大进展.例如,在环形、准稳态的托卡马克(Tokamak)型的装置中,在现有的实验参数的范围内,已大体上解决了宏观的磁流体力学不稳定性问题. 但循此途径还面临着许多困难和问题,主要是: (1)稳定性问题并未彻底解决.这似乎是传统的磁约束途径很难绕过的问题.因为处在各种“磁瓶”中 的高温等离子体很容易激起各种宏观的和微观的不稳定性,所以当温度和密度进一步提高时,特别是引进一些…     

等离子体与聚变物理的新进展

受控热核聚变是有长远意义的大型综合性的研究课题,其最终目标是获取轻核聚变释放的能量,从而根本解决能源问题.受控热核聚变是在高温等离子体状态下进行的,热核等离子体物理是当前等离子体物理的主要研究领域.现阶段聚变研究的中心任务,是掌握高温等离子体的规律.以寻求实现热核点火的方案.目前主要通过两种不同的途径进行探索:一种是磁约束方法,这是主要途径,其中最重要的是托卡马克型装置;另一种是惯性约束方法,利用激光或高能粒子束实现聚变.等离子体物理的另一个重要研究领域是空间及天体等离子体物理. 一、新型托卡马克与通向点火之路…     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10~(-7)帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈(称纵向场线圈)排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.这些分立的环形线圈连接起来形成螺     

受控核聚变——现代物理学的一个重要前沿领域(之三)

 托卡马克 这是一种环形的磁约束聚变装置.这种装置在近20年来进展最快,近一二年内可望达到劳逊判据,实现聚变点火,验证受控核聚变的科学可行性,并有可能首先建成托卡马克型的聚变反应堆进行发电.因而科学界和许多国家对托卡马克极为重视,投入了大批优秀人材和巨大的财政支持.托卡马克装置如题图所示.它的主体结构包括两部分,即真空系统和磁场系统.真空室真空度要求达到10^-7帕以上.磁场系统包括磁场线圈及其供电电源.用分立的环形线圈（称纵向场线圈）排列成大环,套在形状像救生圈的环形真空室上.     

A=2反应堆中氘氚燃烧等离子体特性

人们注意到，实验反应堆ITER-FEAT的环径比A≈3，而球形环的环径比接近1．4，后者可以稳定约束更高的比压值，但其工程问题变得很棘手。最近一些研究表明环径比A接近2的托卡马克系统(在目前的实验研究和理论研究中仍是空白)具有一些非常有意义的品质，例如，对于破裂不稳定性更安全，具有高的自举电流比，以及提高反应堆的经济竞争力(甚至可以采用常规磁体)，等等。     

惯性约束聚变的进展

现阶段受控热核聚变研究的两个主要途径是磁约束聚变与惯性约束聚变.惯性约束聚变目前主要是采用激光驱动的方法,在1987-1988年间取得了突出的进展. 劳仑斯·里弗莫尔国家实验室(LLNL)用NOVA激光器进行的一系列实验中是采用0.35μm的激光,能量为20000J.实验结果,等离子体密度n与约束时间■的乘积n■～5×1014s·cm-3,密度被压缩到液态氖氖密度的100-150倍.这些爆聚实验与假定理想球对称时磁流体模拟的预言一致.这些结果支持了如下的观点:如果以数百万焦耳能量的激光驱动高性能的靶,激光聚变可达到高的能量增益(能量增益超过100). 罗彻斯…     

基于LIBS技术的托卡马克装置壁表面成分在线诊断研究

托卡马克装置是环形的等离子体约束系统，被认为是最有可能实现受控热核聚变的方式.等离子体与壁材料相互作用(Plasma wall interaction, PWI)过程所产生的杂质会严重威胁托卡马克装置的高参量稳态运行，因而发展有效的壁杂质监测方法十分关键.激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术被视为极具潜力的壁表面元素分析技术，相关研究有助于PWI各种物理过程和机理的深入理解，以及发展PWI的控制方法.本文对国内外LIBS壁诊断相关研究现状进行评述，并阐述LIBS壁诊断技术的发展趋势和亟待解决的关键问题.     

HT-7托卡马克等离子体欧姆放电时电子热扩散系数的研究

主要介绍从能量平衡分析来研究HT-7托卡马克等离子体电子的热扩散系数.研究结果表明,HT-7托卡马克等离子体电子的热传导损失是主要的能量损失,热对流损失不及欧姆输入功率的1%,可以忽略.电子的反常热扩散系数随半径的增大逐渐增大,且比新经典理论预言的大2个量级.同时研究了壁处理硅化后的电子热扩散系数.结果显示,硅化后,在等离子体外围区域(r/a>0.5)电子的热扩散系数降低,从而等离子体能量约束得到改善 关键词： 托卡马克 欧姆放电 电子热扩散系数     

托卡马克聚变堆堆芯参数时空分布的数值研究

本文描述包括聚变α粒子、高能束注入及回旋辐射的较完整的托卡马克聚变堆堆芯一维输运模型和程序。所得到的粒子、磁场及能量时空分布是合理的,与实验定标律外推及INTOR预计值一致。借助数值分析了α粒子能量利用及分配、束注入特性、等离子体约束、杂质和初边条件对结果的影响,可供设计准稳态热核堆芯时参考。     

仿星器研究的进展

本文综合介绍了仿星器(由外部线圈产生旋转交换的任何稳态环形磁约束装置)进展,包括经典仿星器研究、扭曲器和模块式仿星器、仿星器位形优化及仿星器作为聚变堆的优点,最后对我国在这方面的研究对策提出一些看法。     

受控聚变研究中的表面物理问题

一、受控聚变研究的目标 在目前阶段,受控聚变研究的目标是在反应堆中实现原子核的聚变反应并得到能量输出.这种反应的主要反应式是在以上各式中.括号中的量表示反应产生粒子携带的能量,单位为MeV 由于在常温下,这一反应的截面太小,一般认为,这一反应应在五百万到一千万度以上的高温下进行.这时的反应物质处于等离子体态,反应称为热核反应. 因此,为实现受控热核反应,须把反应物约束在一定的实验装置内,并且使它达到一定的密度,加热到一定的温度.这个条件可用反应离子密度n,离子温度Ti和离子的能量约束时间τ来表示.若只考虑轫致辐射的能量…     

HL-2A装置低参数运行的等离子体边界

因为等离子体最后的封闭磁面（LCFS）最终决定等离子体的截面形状，并且等离子体位形与许多热点的先进托卡马克（AT）和聚变堆课题相联系，例如电流密度的控制、等离子体平衡、刮离层（SOL）、粒子和能量行为、高能等离子体以及MHD不稳定性抑制等，所以目前的托卡马克仍然需要对边界的相关物理进行研究，例如边界确认、等离子体平衡和极向磁通损失等。从控制AT或者研究放电等离子体物理性质来看。获得相对准确的与边界相联系的等离子体平衡性质也是重要的。     

时空中子倍增公式解法研究

通过将空间概念引入中子倍增公式, 建立了时空中子倍增公式, 针对时空中子倍增公式计算时间效率过低的缺点, 对时空倍增公式的计算方法进行了研究, 新解法在保证精确性的基础上, 又提高了计算效率。新的计算方法可以应用于研究反应堆反应性发生动态变化的情况, 例如反应堆启堆或停堆以及变功率运行的过程, 对具有很强机动性要求的小型反应堆的安全分析有一定的理论意义和实用价值。 The space time neutron multiplication formula was established by introducing the concept of space time to the neutron multiplication formula. Because of the rather long computing time by using the formula, the solution of space time neutron multiplication formula is optimized which is efficient and accurate. The new method can be used to study the reactor with dynamic change in reactivity. It can be also used for studying the process of startup, outage and power drawn operation, which is of great importance to the safety analysis of the mini nuclear reactor.     

送料方式与粒子约束改进的研究

峰化的电子密度分布已成为众多托卡马克装置在高运行区的一个标志性参数。这些区域包括ASDEX的改善欧姆约束区（IOC），AlcatorC的冰弹丸增强约束模（PEP）和TFTR的超级放电，它们获得的约束改善都伴随着芯部峰化的密度分布和内部输运垒。在实现点火的聚变堆研究中，峰化的密度和温度分布是提高和优化聚变反应速率和α粒子加热功率的必要途径。因此，实验观察和研究密度分布的控制和产生峰化的机理对于研究粒子的输运、改善约束是重要和必要的。