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…     

聚变崩坍

一个类似于儿童玩具的沙堆崩坍模型是一种可用于研究如何使核聚变装置托卡马克 (Ｔｏｋａｍａｋ)达到最佳条件的工具 ,托卡马克是一种利用核聚变反应来获取能量的装置 .为了能实现获取能量这个目的 ,第一步是要在托卡马克装置中得到高温、高密度的等离子体 ,特别是一种称为Ｈ -模的最好位形 .但到现在为止 ,我们还不很清楚如何能使等离子体达到这种状态 .沙堆模型为这方面的研究提出了一些有益的启示 .美国沃里克大学 (ＷａｒｗｉｃｋＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ)的Ｓ .Ｃｈａｐ ｍａｎ教授设计了一个模拟沙堆崩坍的计算机模型 ,他是利用调节沙粒…     

在Z装置上的热核聚变

20 0 3年 4月 ,在美国费城召开的美国物理学会的会议上 ,新墨西哥洲Sandia国家实验室的R .Leeper博士宣布 ,他们已经在Z装置上第一次产生了高温高密度等离子体 ,并生成了与热核聚变相关的中子 .Z装置的直径约为一个足球场的三分之一大小 ,其中心靶位处安置有BB型的氘盒 ,热核反应所发射的中子就由此产生 .与托卡马克装置要用强磁场约束来产生高温等离子体不同 ,Z装置只要在靶心附近在确定的时间内将激光束聚焦来产生强大的电脉冲 (约为 12× 10 6 J) .由这个脉冲生成的强磁场将把 36 0条钨丝挤压入海绵状的柱体内 ,并产生出能撞击埋置在…     

封面照片说明

这是一台全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置（EAST），是由中国科学院等离子体研究所研制的。该实验装置集全超导和非圆截面两大特点于一身，同时具有主动冷却结构，能产生稳态的、具有先进运行模式的等离子体。它的研制成功使我国的聚变研究向前迈进了一大步，并受到国际同行的关注。     

托卡马克增强约束态的排氦研究

由于氦在当前托卡马克放电实验和将来D－T聚变反应堆中的特殊作用,通常将氦和其它杂质分开来研究。首先,几乎现有的托卡马克装置都采用氦辉光放电清洗（He-GDC)作为常规壁处理技术。这个技术能有效地清除壁材料表面的氧和排空吸附在壁／孔栏中的氢。He-GDC后氦作为剩余气体留在真空室将继续影响等离子体放电。它不仅直接贡献电子,而且引起壁中的氢解吸,导致增强的壁加料,在HL－1装置的喷氦实验表明,电子密度衰减时间常数τp=τp(1-R)是喷氢的3倍（式中,τp是粒子约束时间,R是氢再循环系数）;对于同样的密度,送入气体的量仅为喷氢的1／5,有利于当前有高密度实验。但另一方面,从长远的观点看,排氦又是磁约束D－T聚变反应堆设计的一个重要问题。热化的α粒子所谓氦灰,作为D－T聚变反应的产物必须从系统中除去,否则,燃料将被累积的氦稀释引起氦中毒。下一代稳态托卡马克,如国际热核实验堆（ITER）设计成在增强约束态下运行。Reiter估计必须在7－15倍能量约束时间内（τHe/τE<7-15)把新产生的氦离子除去,使等离子体芯部的氦浓度保持在10％以下,才能维持堆的连续运行。     

HL-1M装置等离子体约束时间

强调了托卡马克等离子体的约束时间是等离子体粒子损失或热能损失的特征时间,评述了有关物理概念和实验现象分析了方面的问题,并应用于HL－1M装置等离子体。     

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.     

世界各超导托卡马克装置冷屏结构的设计

简要介绍了应用于磁约束热核聚变实验研究的超导托卡马克装置 ,重点叙述了当前世界上各超导托卡马克装置的重要部件冷屏的结构设计情况。     

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。     

托卡马克高约束模边缘等离子体不稳定性研究

托卡马克高约束模运行可大幅提高磁约束核聚变等离子体约束品质，该模式下的等离子体不稳定性研究对于控制约束和保护装置有重要意义。本文主要介绍了高约束模及其边缘等离子体不稳定性的研究概况，并重点介绍了中国环流器二号A托卡马克装置上关于高约束模转换、边缘局域模特征和控制方法、台基区不稳定性和台基饱和机制等方面的研究进展。研究结果表明，实验上有望通过粒子和射频波注入等外部激励的方法，影响台基区等离子体湍流，进行控制台基动力学演化以及ELM，实现既保持高约束又降低高热负荷的等离子体稳态运行。     

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.     

2006年度科研生产要闻选辑

2月28日，新华社以《我国核聚变能源开发实力迈上新台阶》为题报道我院“中国环流器二号A装置产生的等离子体电流日前达到400千安，等离子体存在时间达到2960毫秒，实现了在等离子体电流350千安条件下连续12次左右的重复稳定放电”的新闻。     

受控热核聚变研究及其在我国HT-7超导托卡马克上的最新进展

受控热核聚变研究在发展了50年后，在2003年进入了一个新的阶段，国际热核聚变实验堆项目将最后选址开工。科学工作者们希望这个在新世纪初开始的项目能成为彻底解决能源问题的发端，中国科学院等离子体物理研究所最近在受控热核聚变科研上取得了长足进展，朝着稳态高温等离子体的方向又跨出了坚实的一步．其HT-7超导托卡马克高温等离子体的持续时间达到63．95s，成为目前世界上能开展分钟级高温等离子体放电的仅有的两个超导托卡马克装置之一。文章主要介绍了中国科学院等离子体物理研究所最新的聚变实验研究进展。     

HL-2A托卡马克实验进展和科学创新

中国环流器二号A(HL-2A)托卡马克是中国第一个带偏滤器的大型受控核聚变研究装置.文章综述了在HL-2A托卡马克装置上的重要实验结果.自从HL-2A装置建成以来,有以下3个重要进展:实现了等离子体偏滤器位形放电;等离子体电子温度达到5500万度;实现了具有边缘局域模的高约束(H模)放电.随着HL-2A装置辅助加热能力和先进等离子体诊断等系统的发展,该装置在聚变等离子体物理的若干领域做出了以下创新性的贡献:实验验证了对聚变等离子体输运有重要影响的带状流的三维结构;进一步发展了原创的分子束加料技术,并且成功地应用于等离子体输运研究;用低频调制的电子回旋共振加热(ECRH)对撕裂模进行了有效的抑制,并使约束得到改善;观测到高能电子激发的内部扭曲模和阿尔芬模等新的物理现象.文章还简要介绍了该装置的发展计划及近期要开展的物理实验研究内容.     

HL-2A装置等离子体水平位移控制

HL-2A装置是带封闭偏滤器的磁约束托卡马克实验装置，于2002年底建成并通过国家验收。2003年在各子系统准备充分和等离子体水平位移反馈控制系统投入运行后，实现了首次重复的偏滤器位形等离子体放电实验。     

真空中激光束对金属表面的作用

一、引 言 在聚变装置真空室里由于等离子体与第一壁表面相互作用,使得器壁局部过热蒸发产生杂质气体,如H_2O,CO,CH_4,C等。这些气体在托卡马克装置放电期间将会导致等离子体能量损失,另外还涉及氢的再循环问题。研究这些现象可以了解托卡马克装置真空室第一壁上吸附气体层的组分及相对含量,以改善真空室的边界条件,进一步减少等离子体能量损失。     

HT—6B等离子体对金属玻璃的辐照效应

金属玻璃是由熔态经急冷淬火形成的非晶态金属,具有很高的力学强度和良好的抗腐蚀、耐辐照性能。关于中子、质子、电子和He、Ar离子等分别对金属玻璃的辐照损伤效应已有一些研究报道。托卡马克装置中的等离子体辐照是一种十分复杂的过程,它包括有质子、电子、光子、氘核和少量杂质重离子与中性粒子的混合辐照。本工作研究了某些金属玻璃在托卡马克装置真空器壁处经等离子体辐照以后的结构变化,探索金属玻璃用于托卡马克核聚变装置真空器壁的可能性。     

托卡马克中等离子体表面相互作用—氢的捕获问题

本文评述了托卡马克中等离子体表面相互作用—氢的捕获问题。着重讨论氢的捕获过程及其在磁约束聚变研究中的重要意义,氢的输运扩散模型理论和B.L.Doyle引入无量纲输运参数的简化理论公式,实验研究装置、方法及研究的一般情况,并总结分析了一些重要的实验结果。     

托卡马克中等离子体表面相互作用—氢的捕获问题

本文评述了托卡马克中等离子体表面相互作用—氢的捕获问题。着重讨论氢的捕获过程及其在磁约束聚变研究中的重要意义,氢的输运扩散模型理论和B.L.Doyle引入无量纲输运参数的简化理论公式,实验研究装置、方法及研究的一般情况,并总结分析了一些重要的实验结果。     

核聚变研究的新兴途径──紧凑环

目前看来,核聚变研究最有希望的途径仍然是托卡马克(Tokamak).这是因为托卡马克具有环形约束的磁场形态,做成聚变反应堆,能量倍增系数高.但是,托卡马克也存在着一些严重的缺点,例如 值低,还不能实现稳态运行以及结构复杂庞大,不易接近等.目前从事托卡马克研究的人们,正在努力克服这些缺点,并以极大的兴趣从事其它途径的研究. 开端系统例如磁镜等,具有 值高,容易实现稳态运行,结构简单等优点.但是也存在一个重要的缺点,即等离子体从终端损失,做成反应堆的能量倍增系数仅在1左右.怎样使得一个聚变装置,既有托卡马克环形约束的优点,又有开端约…