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中科院核聚变研究捷报:等离子体放电超过一分钟

2003-04-04 13:41:43

上图为HT-7装置和部分科研人员

  中科院等离子体所科研人员在3月31日顺利结束的HT-7超导托卡马克2002-2003年冬季实验中,获得超过一分钟的等离子体放电,使HT-7超导托卡马克成为世界上第二个能产生分钟量级的高温等离子体的实验装置,等离子体放电时间最长达63.95秒。  

  重要实验参数有:在中心等离子体密度大于每立方米2.2x1019条件下,最高电子温度超过5000万度;获得可重复的大于60秒(最长放电时间达到63.95秒)、中心电子温度接近500 万度、中心密度大于每立方米0.8x1019的非感应全波驱动的高温等离子体,高温等离子体存在时间在世界各大装置中仅次于容积大于HT-7装置17.5倍的法国超导托卡马克Tore-Supra;高约束等离子体存在时间为220倍能量约束时间,远超过德国ASDEX装置2002年刚刚获得的世界最长的80倍能量约束时间的记录,继续保持领先地位,这是目前世界各大装置近几年内很难达到的实验结果。这些成果再次表明HT-7超导托卡马克成为继法国Toresupra装置之后,世界上仅有的两个可进行高参数稳态条件下等离子体物理研究的国际合作平台之一。  

  超导托卡马克是一种核聚变物理实验装置,它利用环形超导磁场,对等离子体进行加热、约束,创造可以控制的产生聚变的物理条件。HT-7超导托卡马克由中科院等离子体所建成于1994年,1995年投入运行。该装置面向国际前沿,一直以先进运行模式、高参数稳态运行这两大对未来聚变反应堆有重大意义的课题所涉及的科学问题为研究主线,不断取得物理与工程两方面的重要进展,其中不乏原创性的研究成果。在最近这轮实验中,科学家们找到了影响等离子体约束和输运的带状流(ZonalFlow)存在的直接实验证据,观察到了由电子漂移波驱动的电子温度梯度模,这些实验结果有可能对深入理解等离子体约束和输运这一物理难题产生重要影响。科学家们利用低杂波的电流驱动实现了对托卡马克加热场的关断,并维持等离子体放电达28秒,这一成果对未来简化聚变反应堆工程有重大意义。深入的数据处理和分析目前正在进行之中。  

  最近这轮实验从去年10月份开始,于今年3月底结束,每天24小时连续运行,没有周末双休日。各个子系统上的150多位科技人员和研究生团结协作,昼夜奋战在实验室。实验期间,来自欧、美、日、俄等国以及国内兄弟单位的数十位科学家对不同的课题进行了合作研究,多项合作计划得以顺利实施并获得很好的实验结果。以国际热核试验堆(简称ITER)负责人Aymar为首的ITER代表团在实验期间到等离子体所进行了一天的考察,对该所的工作给予了很高评价,认为该所代表着中国磁约束聚变研究的最高水平,其实力与欧洲中等规模研究所不相上下,该所承担的HT-7U装置建成之后将在国际聚变界占有更重要的地位。   

  核聚变小知识:  核聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态,也即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中,由于高温,电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚,原子核完全裸露,为核子的碰撞准备了条件。当等离子体的温度达到几千万度甚至几亿度时,原子核可以克服斥力聚合在一起,如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间,这种聚变反应就可以稳定地持续进行。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称?quot;聚变三重积",当它达到10的22次方时,聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率,必须超过这一基本值,聚变反应才能自持进行。由于三重积的苛刻要求,受控核聚变的实现极其艰难,真正建造商用聚变堆要到21世纪中叶。作为21世纪理想的换代新能源,核聚变的研究和发展对中国和亚洲等能源需求巨大、化石燃料资源不足的发展中国家和地区有特别重要的战略意义。

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