托卡马克

磁约束：是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。 托卡马克是前苏联科学家于20世纪60年代发明的一种环形磁约束装置。美、日、欧等发达国家的大型常规托卡马克在短脉冲（数秒量级）运行条件下，做出了许多重要成果。等离子体温度已达4.4亿度；脉冲聚变输出功率超过16兆瓦；Q值（表示输出功率与输入功率之比）已超过1.25。 所有这些成就都表明：在托卡马克上产生聚变能的科学可行性已被证实。但这些结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生的，与实际反应堆的连续运行仍有较大的距离，其主要原因在于磁容器的产生是脉冲形式的。 受控热核聚变研究的一次重大突破，就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，建成了超导的托卡马克，使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。超导托卡马克是公认的探索、解决未来具有超导堆芯的聚变反应堆工程及物理问题的最有效的途径。 目前，全世界仅有俄、日、法、中四国拥有超导托卡马克。法国的超导托卡马克Tore-supra的体积是中国HT-7的17.5倍，它是世界上第一个真正实现高参数准稳态运行的装置，在放电时间长达120s条件下，等离子体温度为两千万度，中心密度每立方米1.5×1019，放电时间是热能约束时间的数百倍。 西南物理研究院1984年建成中国环流器一号（HL-1），1995年建成中国环流器新一号。 中国科学院等离子体物理研究所1995年建成超导装置HT-7。它原是前苏联无偿赠送给中国的一套纵向超导的托卡马克实验装置，经等离子体物理研究所的不断改进，它已成为一个宠大的实验系统。它包括HT-7超导托卡马克装置本体、大型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂的诊断测量系统。在十几次实验中，取得若干具有国际影响的重大科研成果。特别是在2003年3月31日，实验取得了重大突破，获得超过1分钟的等离子体放电，最长放电时间达到 63.95 秒；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卡马克装置。 这些重大进展是： 实现了在低杂波驱动下电子温度超过500万度、中心密度大于每立方米1.0×1019、长达20秒可重复的高温等离子体放电；实现了大于10秒、电子温度超过1000万度、中心密度大于每立方米1.0×1019的高参数等离子体放电，这是世界上第二个形成放电长度达到1000倍热能约束时间的高参数准稳态等离子体；在离子伯恩斯波和低杂波协同作用下，实现放电脉冲长度大于100倍热能约束时间、电子温度2000万度的高约束稳态运行；最高电子温度超过3000万度。 在HT-7的基础上，等离子体物理研究所研制和设计了全超导托卡马克装置HT-7U，后来名字更改为EAST或者称“实验型先进超导托卡马克”（ Experimental Advanced Superconducting Tokamak），目前正在组装阶段，预计2005年建成。目前世界上第一个在建的全超导托卡马克―HT-7U装置超导磁体的设计、研制和测试工作，于2003年7月下旬在合肥市中科院等离子体所获得全面成功。     据中广网报道，作为中国第一个超导托卡马克HT-7的升级装置，HT-7U装置的规模、性能都远远超出现在的HT-7，它将在等离子体稳态运行、未来聚变反应堆的工程与物理研究等方面做出更加深入的探索。     报道称，全超导托卡马克上的大型超导中心螺管线圈是建造此类核聚变实验装置最具挑战性的技术难关，它的作用是通过快速磁通变化产生初始阶段的等离子体电流。     2003年5月12日，第一个超导中心螺管原型线圈成功通过性能测试，随后中科院等离子体所又对其纵场原型线圈成功进行了超导电磁性能、机械性能、热工水力性能测试，经过100小时的降温，线圈成功进入超导状态。 实验结果显示，线圈的性能完全达到设计参数，标志着该装置的设计测试工作全面获得成功。 EAST是一台全超导托卡马克装置，受到国际同行的瞩目。国际专家普遍认为，EAST可能将成为世界上第一个可实现稳态运行、具有全超导磁体和主动冷却第一壁结构的托卡马克。该装置有真正意义的全超导和非圆截面特性，更有利于科学家探索等离子体稳态先进运行模式，其工程建设和物理研究将为“国际热核聚变实验堆”（ITER）的建设提供直接经验和基础。 为了达到聚变所要求的条件，托卡马克已经变为一个高度复杂的装置，十八般武艺全用上了，其中有超大电流、超强磁场、超高温、超低温等极限环境，对工艺和材料也提出了极高的要求，从堆芯上亿度的高温到线圈中零下269度的低温，就可见一斑。