磁约束核聚变托卡马克装置研究进展与展望 被引量：4

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作者 钟武律 肖国梁 +2 位作者 佟瑞海 李波 刘健 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期296-307,共12页

本文围绕磁约束核聚变实验阶段的重点科学问题以及聚变工程化过程中面临的主要挑战,重点介绍了国内外托卡马克装置的发展历程及现状,概述了主要在役托卡马克装置的基本参数、主要任务、重要里程碑、当前重点研究方向及相关发展规划等。... 本文围绕磁约束核聚变实验阶段的重点科学问题以及聚变工程化过程中面临的主要挑战,重点介绍了国内外托卡马克装置的发展历程及现状,概述了主要在役托卡马克装置的基本参数、主要任务、重要里程碑、当前重点研究方向及相关发展规划等。国际磁约束聚变研究已由等离子体物理实验为主逐步迈向重点聚焦聚变堆核工程与技术研发阶段,加快建立聚变能开发产业体系是推动受控核聚变技术发展的关键。本文还对磁约束核聚变托卡马克的未来发展方向和技术路径进行了分析和展望,并归纳提出加速聚变发展需尽快布局的核工程与核技术重点方向。 展开更多

关键词 磁约束核聚变 托卡马克 国内外进展 展望

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磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展 被引量：29

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作者 吕广宏 罗广南 李建刚 《中国材料进展》 CAS CSCD 2010年第7期42-48,共7页

核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高参数稳态等离子体物理问题和托卡马克装置及未来反应堆关键材... 核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高参数稳态等离子体物理问题和托卡马克装置及未来反应堆关键材料问题。其中关键材料问题的解决在很大程度上取决于我们对等离子体与壁材料相互作用(Plasma-Wall Interactions,PWI)过程和机理的深入理解。PWI现象主要发生在托卡马克磁场最外封闭磁面以外的边界等离子体(又称为刮削层,Scrapped-Off Layer,SOL)和直接接触SOL的面对等离子体材料(Plasma-Facing Materials,PFM)区域内。因此,PWI问题直接决定了聚变的装置运行安全性、壁材料部件研发进程和未来壁的使用寿命。弄清PWI的各种物理过程和机理并施以有效的控制,是未来核聚变能实现的重要环节之一。对PWI国内外研究现状进行了详细的总结评述,并阐述了PWI的未来发展趋势和亟待解决的问题。 展开更多

关键词 磁约束核聚变 托卡马克 等离子体与壁相互作用

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磁约束核聚变装置等离子体与壁相互作用研究简述 被引量：11

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作者 胡建生 左桂忠 +4 位作者 王亮 丁锐 余耀伟 张洋 徐伟 《中国科学技术大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期1193-1217,共25页

可控聚变能具有安全、清洁、燃料丰富等优点,是解决人类未来能源问题的主要选择之一.在磁约束核聚变装置中,来自高温等离子体的强热流、强粒子流与直接面对等离子体的器壁之间产生的强烈相互作用,不仅会导致第一壁损伤,产生杂质,污染等... 可控聚变能具有安全、清洁、燃料丰富等优点,是解决人类未来能源问题的主要选择之一.在磁约束核聚变装置中,来自高温等离子体的强热流、强粒子流与直接面对等离子体的器壁之间产生的强烈相互作用,不仅会导致第一壁损伤,产生杂质,污染等离子体,引起等离子体能量辐射损失与等离子体约束性能降低,同时滞留在壁上的燃料粒子再循环直接影响等离子体密度控制.稳态控制等离子体与壁相互作用对于实现长脉冲高参数的等离子体至关重要,其主要研究内容包括面对等离子体壁材料的选择及其表面处理以控制燃料粒子再循环与杂质产生,控制来自等离子体的强粒子流和热流以减少壁材料损伤,以及发展高效冷却结构以快速移除沉积在壁上的高热负载等.经过数十年发展,特别在我国EAST超导托卡马克上,研究了石墨、钨、铍、钼等壁材料与结构,发展了壁表面清洗与涂覆改性技术,提出了多种控制等离子体热流的先进方法,初步开展了流动液态金属壁的研究,取得了重要进展,有效控制等离子体与壁相互作用,促进了长脉冲高参数等离子体的实现与性能提高.针对具有更高热负荷、更长脉冲以及高能量中子辐照等特点的长时间不间断运行的未来聚变堆,等离子体与壁相互作用稳态控制仍然面临严峻挑战. 展开更多

关键词 磁约束核聚变 等离子体与壁相互作用 EAST超导托卡马克

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用于磁约束核聚变电子回旋共振加热系统的兆瓦级回旋管 被引量：4

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作者 冯进军 张亦弛 +1 位作者 刘本田 曾旭 《微波学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期54-61,共8页

磁约束核聚变能是目前人类认识到可以根本解决人类能源问题的重要途径之一。电子回旋共振加热(ECRH)和电流驱动(ECCD)是核聚变装置等离子体温度达到约1亿度稳定聚变条件的主要加热方式。而回旋管是ECRH系统高功率微波源的核心器件。本... 磁约束核聚变能是目前人类认识到可以根本解决人类能源问题的重要途径之一。电子回旋共振加热(ECRH)和电流驱动(ECCD)是核聚变装置等离子体温度达到约1亿度稳定聚变条件的主要加热方式。而回旋管是ECRH系统高功率微波源的核心器件。本文针对磁约束核聚变能ECRH系统所需的高功率微波源介绍了国内外兆瓦级回旋管的技术发展、研究现状和发展趋势,并探讨了回旋管的未来研究方向。 展开更多

关键词 回旋管 高功率 电子回旋共振加热 磁约束核聚变能

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磁约束核聚变能源开发的进展和展望 被引量：8

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作者 潘传红 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2000年第3期244-247,288,共5页

关键词 磁约束核聚变 能源开发 托卡马克核聚变

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磁约束聚变方案中的磁镜、场反及偶极场位形研究进展

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作者 肖池阶 徐田超 +3 位作者 吴明阳 何任川 张祖煜 袁瑞鑫 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期308-319,共12页

随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离... 随着高温超导技术的日趋成熟,中小型磁约束装置的优势日渐明显。与大型托卡马克相比,偶极场、场反位形和磁镜等装置的结构相对简单,建造和维护成本较低,且更易实现能维持高等离子体压强的磁场位形,这意味着在低磁场下能实现更好的等离子体约束。此外,这些装置在物理原理上具有各自独特的优势,如磁镜装置具有开放的磁场位形和相对简单的结构设计,能支持灵活多样的实验并保持相对稳态运行;场反位形(FRC)装置的极高β值(β为等离子体压强与磁压之比)使得基于FRC的聚变装置在工程上更可行;偶极场装置因其类似地球磁场位形,具有天然良好的磁流体稳定性,有助于维持等离子体的约束。本文重点介绍了磁约束聚变方案中的磁镜、场反位形及偶极场的研究历史、技术进展和未来发展方向,阐述了这3类装置在聚变能研究中的重要性及面临的挑战。此类装置的小型化和经济性也使其在商业化方面更具潜力,能更灵活地进行技术调整和技术创新融合,吸引更多商业资本投入,加速聚变能的实现。 展开更多

关键词 磁约束核聚变 磁镜 场反位形 偶极场位形

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我国掌握可控核聚变高约束先进控制技术

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《辐射防护》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期594-594,共1页

8月25日下午,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器... 8月25日下午,新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展,首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行,再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录,突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题,是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑,标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。 展开更多

关键词 等离子体电流 高约束模式 核聚变能 聚变等离子体 磁约束核聚变 先进控制技术 加热系统 万安培

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聚变堆相关的液态金属膜流初步实验研究 被引量：1

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作者 倪明玖 阳倦成 +4 位作者 任东伟 刘佰奇 齐天煜 胡建生 李建刚 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第6期1379-1386,共8页

在磁约束核聚变堆的面对等离子部件设计中,液态金属锂膜流因具有带走杂质、保护面对等离子固壁等优点而被认为是优选方案之一.然而,如何克服聚变堆中强磁场环境下产生的磁流体力学效应并形成大面积均匀铺展锂膜流动是目前亟需解决的问题... 在磁约束核聚变堆的面对等离子部件设计中,液态金属锂膜流因具有带走杂质、保护面对等离子固壁等优点而被认为是优选方案之一.然而,如何克服聚变堆中强磁场环境下产生的磁流体力学效应并形成大面积均匀铺展锂膜流动是目前亟需解决的问题.本文通过搭建室温液态镓铟锡回路和高温液态锂回路,开展了两种不同特性的液态金属膜流实验,并采用传统可视化方法获得了展向磁场存在时镓铟锡和锂在导电底板形成的液膜流动表面特征.实验结果表明:无磁场时,两种液态金属膜流流动表面波动特性与常规流体膜流均一致,即随着流动雷诺数的增加表面波动变得更为混乱;而展向磁场存在时,镓铟锡膜流表面波动变得更为规则,且沿着磁场方向平行排列,表现为拟二维波动的特征;而锂膜流却产生了明显的磁流体力学阻力效应,表现为在流动方向局部产生锂滞留现象,且滞留点随雷诺数增大向下游移动.最后通过膜流受力分析,进一步阐述了锂膜流受到比镓铟锡膜流更为严重磁流体力学效应影响的原因. 展开更多

关键词 液态金属 液膜流动 表面波 磁约束核聚变 磁流体力学

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球环位形磁流体平衡的数值模拟 被引量：2

9

作者 程发银 董家齐 王爱科 《核聚变与等离子体物理》 CAS CSCD 北大核心 2003年第3期136-140,共5页

对原有的托卡马克平衡编码SWEQU进行了改进,使之适用于小环径比球形环装置的磁流体研究。用改进后的平衡编码SWEQU模拟了放电初始阶段等离子体平衡位形的演化及稳态阶段的双零偏滤器平衡位形。结果表明,不但可以得到球形环装置稳态阶段... 对原有的托卡马克平衡编码SWEQU进行了改进,使之适用于小环径比球形环装置的磁流体研究。用改进后的平衡编码SWEQU模拟了放电初始阶段等离子体平衡位形的演化及稳态阶段的双零偏滤器平衡位形。结果表明,不但可以得到球形环装置稳态阶段的平衡位形,也可以模拟等离子体电流上升阶段平衡位形的演化过程。 展开更多

关键词 球形环 磁流体平衡 数值模拟 平衡位形 等离子体 磁约束受控核聚变

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球形环研究概述 被引量：1

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作者 王爱科 程发银 +1 位作者 董家齐 李正武 《核科学与工程》 CSCD 北大核心 2003年第1期79-85,90,共8页

球形环是一种先进的磁约束核聚变研究装置 ,它保留了传统托卡马克装置的许多特点 ,比如说封闭磁面系统 ,中等旋转变换磁力线和好的等离子体约束性能等 ,同时又有低环径比 ,低纵向磁场 ,从而具有结构紧凑 ,造价相对低廉等优点 ,是有潜力... 球形环是一种先进的磁约束核聚变研究装置 ,它保留了传统托卡马克装置的许多特点 ,比如说封闭磁面系统 ,中等旋转变换磁力线和好的等离子体约束性能等 ,同时又有低环径比 ,低纵向磁场 ,从而具有结构紧凑 ,造价相对低廉等优点 ,是有潜力的磁约束核聚变途径之一。概述了球形环的装置、实验。 展开更多

关键词 球形环 磁约束核聚变 等离子体 托卡马克装置

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HL-3托卡马克中性束加热功率影响H模等离子体约束性能的模拟

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作者 王哲 龙婷 +4 位作者 孙爱萍 李佳鲜 王卓 李正吉 李泽宇 《原子能科学技术》 2025年第S2期311-319,共9页

磁约束核聚变能因其燃料丰富、安全环保等特点,有望成为人类社会的终极清洁能源。为实现聚变点火,发生聚变反应的等离子体需要达到足够高的约束水平。本文基于中国环流三号(HL-3)托卡马克磁约束聚变装置的磁位形结构,利用OMFIT集成模拟... 磁约束核聚变能因其燃料丰富、安全环保等特点,有望成为人类社会的终极清洁能源。为实现聚变点火,发生聚变反应的等离子体需要达到足够高的约束水平。本文基于中国环流三号(HL-3)托卡马克磁约束聚变装置的磁位形结构,利用OMFIT集成模拟平台,研究了中性束加热功率对H模等离子体约束性能的影响。模拟研究结果表明,在相同H模台基密度条件下,当中性束加热功率从2 MW增大到4 MW时,等离子体能量约束时间由0.32 s下降为0.20 s(下降约37.5%)。进一步分析发现,中性束加热功率提高时,电子温度梯度所驱动的不稳定性模式的增长率明显增加,电子通道的湍性能量输运增强,从而加热功率提高时电子热储能的增长趋近饱和,导致总的热储能与加热功率的比值减小,因此等离子体的约束时间下降。 展开更多

关键词 磁约束核聚变 托卡马克 中性束加热 H模 等离子体约束

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