為(wei) 什麽(me) 中國現在的核聚變研究主要集中在四川成都和安徽合肥？看完你會(hui) 有答案的。文中提到了箍縮、磁鏡等專(zhuan) 業(ye) 術語將在後續章節中詳細介紹

上一章重點講了受控核聚變的發展曆程，有人說，你講了這麽(me) 多，沒講到中國，今天我們(men) 就專(zhuan) 門捋一捋中國的核聚變發展曆程，這樣有助於(yu) 你對關(guan) 於(yu) 中國人造小太陽的碎片化信息有個(ge) 整體(ti) 的認識，咱們(men) 開始吧！

受控核聚變中國發展史

1、準備階段

出乎意料的是，中國的受控核聚變研究並沒有明顯落後於(yu) 其他先發國家，早在1955年，錢三強和剛留美歸來的李正武便提議開展中國的“可控熱核反應”研究。

1957 年，我國派北京大學的胡濟民和原子能研究所（即後來的中國原子能科學研究院）的李正武參加了在威尼斯召開的第三屆氣體(ti) 電離現象的國際會(hui) 議。當時在這係列的學術會(hui) 議上發表了一些關(guan) 於(yu) 高溫等離子體(ti) 和聚變研究的報告。

一般認為(wei) ，我國真正開始進行聚變研究的年份是 1958 年。在這一年，原子能研究所、北京大學、複旦大學、中科院物研所、電工研究所等單位組織人員學習(xi) 理論，並開始建立實驗設備，一般是箍縮類的放電裝置。轉年，中科院西安光學精密機械研究所和西安電容器廠也分別開始試製聚變實驗所必需的高速相機和脈衝(chong) 變壓器。

1958 年，原子能研究所建立了 一台 Z 箍縮裝置，稱為(wei) “雷公”，轉年，又研製一台脈衝(chong) 壓縮磁鏡（當時叫磁籠），稱為(wei) ‘‘小龍”，此時，列夫·阿蒂西莫維奇（Lev Artsimovich）、阿納托利·弗拉索夫（Anatoly Vlasov）等著名的蘇聯核物理專(zhuan) 家來到中國講學，為(wei) 當時中國的核物理發展提供了幫助。

在中國科學院物理研究所，這一階段的研究工作是在孫湘領導下進行的。她曾主持研製了我國第一台真空紫外光譜儀(yi) 。在此工作基礎上，她領導的小組先後研製了 Z 箍縮和角向箍縮裝置，並進行了一些等離子體(ti) 光譜學研究。

1962 年黑龍江原子核研究所建成一台小型角向箍縮裝置。同年，盧鶴線、周同慶、許國保編著的《受控熱核反應》出版。這本一千多頁的巨著基本囊括了當時的主要磁約束聚變文獻的內(nei) 容。

1959 年， 1962 年和 1966 年，先後召開了三次磁約束聚變研究的全國性學術會(hui) 議，分別在哈爾濱和北京舉(ju) 行，當時稱為(wei) “電工會(hui) 議”。以上為(wei) 我國聚變研究的準備時期，側(ce) 重星空体育官网入口网站的積累、研究工程和宏觀物理問題。

2、整合時期

1965 年，東(dong) 北技術物理研究所（原黑龍江原子核研究所）與(yu) 原子能研究所十四室合並，開始遷往四川樂(le) 山，稱西南五八五所，即現在的核工業(ye) 西南物理研究院的前身。

他們(men) 在 1971年組裝了一台仿星器“淩雲(yun) ”裝置，並用電子束研究了其中的磁麵結構。1975 年，該所建成超導磁鏡“303”，為(wei) 當時國內(nei) 最大的聚變裝置。

1966 年舉(ju) 行的第三次電工會(hui) 議建議中科院進行聚變研究。中科院物理研究所於(yu) 1968 年建成一台角向箍縮裝置，並於(yu) 下一年在這一裝置上觀察到熱核聚變中子。

從(cong) 1972 年起，中科院開始在合肥籌建受控聚變研究基地。1974 年，中科院物理研究所建成一台托卡馬克裝置CT-6 ，後升級為(wei) CT-6B 。

1975年合肥的中國科學技術大學設立等離子體(ti) 物理專(zhuan) 業(ye) 。 1978 年位於(yu) 合肥的中科院等離子體(ti) 物理研究所正式成立。他們(men) 研製和運行了一台空芯托卡馬克 HT-6B。

以上為(wei) 我國聚變研究的整合時期， 主要成果是奠定了樂(le) 山、合肥兩(liang) 個(ge) 聚變研究基地， 主要研究方向轉向托卡馬克。這一時期也為(wei) 後來的發展在技術和人才上做了準備。

這一段時期主要是工程上進步明顯，由於(yu) 國內(nei) 工部門的支持，不鏽鋼波紋管、氮質譜檢漏儀(yi) 、渦輪分子泵、濺射離子泵、四極質譜計等聚變研究必要器材作為(wei) 產(chan) 品相繼問世。電源技術、焊接技術、大功率微波技術在這一時期也得到較快發展。但是診斷技術、數字技術較滯後，所以物理研究相對薄弱。這一時期的後期開始了和國外的學術交流。

發展時期

接下來的發展則主要由核工業(ye) 西南物理研究院和中國科學院等離子體(ti) 物理研究所這兩(liang) 家機構主導。

1984 年，核工業(ye) 西南物理研究院成功研製 HL-1（環流器一號）裝置。同年，中國科學院等離子體(ti) 物理研究所成功研製空芯變壓器托卡馬克 HT-6M 裝置。此後，聚變研究納入國家 863 計劃，開展了輔助加熱、電流驅動、聚變裂變混合堆等先進研究課題，進一步開展和加強了國際交流與(yu) 合作。

圖：中國第一台超導托卡馬克HT-7

1991 年，合肥，中國科學院等離子體(ti) 物理研究所將蘇聯的 T-7 裝置改建為(wei) 我國第一台超導托卡馬克 HT-7（東(dong) 方超環EAST的前輩）。

上圖打的牌子嚴(yan) 格說來是不準確的，裝置上麵掛著的小牌子寫(xie) 的是HL-1M ，這是由HL-1升級而來的

1994 年，核工業(ye) 西南物理研究院將 HL-1 升級為(wei) HL-1M（環流器新一號）。

環流器二號 A

2002 年，核工業(ye) 西南物理研究院利用原來德國的軸對稱轉化器實驗裝置（ ASDEX ，Axially Symmetric Divertor Experiment）裝置主體(ti) 改建為(wei) HL-2A （環流器二號 A）裝置。

1999 年正式動工建設，2002 年 11 月中旬獲得初始等離子體(ti) 。HL-2A裝置的使命是研究具有偏濾器位形的托卡馬克物理，包括高參數等離子體(ti) 的不穩定性、輸運和約束，探索等離子體(ti) 加熱、邊緣能量和粒子流控製機理，發展各種大功率加熱技術、加料技術和等離子體(ti) 控製技術等，通過對核聚變前沿物理課題的深入研究和相關(guan) 工程技術發展。

HL-2A裝置大功率加熱係統包括電子回旋加熱、低雜波和中性束注入係統。電子回旋共振係統用6個(ge) 回旋管作為(wei) 微波源，最大功率為(wei) 3 MW，中性粒子束係統的注入功率為(wei) 3 MW，中性粒子能量為(wei) 30—50 keV，HL-2A裝置自運行以來，取得了很多新的研究成果。除了在電子回旋加熱實驗中獲得了4.9 keV的電子溫度，在中性束加熱條件下得到了2.5 keV的離子溫度等高參數。

Sino-United球形托卡馬克裝置

2003 年，中國科學院等離子體(ti) 物理研究所和清華大學合作，建成一台球形托卡馬克SUNIST(Sino-United Spherical Tokamak）。華中科技大學將美國的 TEXT 裝置引進國內(nei) ，稱為(wei) J-TEXT 裝置。隨後，浙江大學和北京大學等校也開展了理論和數值方麵的研究工作。同時，我國開始申請加入 ITER 計劃，並於(yu) 2005年正式加入。

EAST

2006 年，中國科學院等離子體(ti) 物理研究所成功建成了一台先進超導托卡馬克實際裝置（EAST，Experimental Advanced Superconducting Tokamak），又名東(dong) 方超環。這一年的 10 月，第 21 屆國際聚變能大會(hui) 在成都召開，為(wei) 這一係列的會(hui) 議首次在中國召開。

EAST 裝置主機部分高 11 m、直徑 8 m、重400 t，由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內(nei) 外冷屏、外真空杜瓦、支撐係統等6大部件組成，EAST裝置真空室的形狀為(wei) D形(非圓截麵)。同國際上其他托卡馬克裝置相比，其獨有的非圓截麵、全超導及主動冷卻內(nei) 部結構3大特性使其更有利於(yu) 實現穩態長脈衝(chong) 高參數運行，EAST位形與(yu) ITER相似且更加靈活。EAST裝置裝備了30 MW以上的輔助加熱和電流驅動係統以及近80項診斷係統，絕大多數係統均具備高參數穩態運行的能力。

EAST建造至今，創造了很多另世界矚目的紀錄，建成以來已開展實驗 96000 餘(yu) 次，曾獲得了1兆安培的可重複等離子體(ti) 電流，這是目前全世界最高。

先後實現了電子溫度１億(yi) 度（中心1500萬(wan) 度）１０１．２秒長脈衝(chong) 轉移等離子體(ti) 放電；中心電子溫度 1 億(yi) 度 10 秒等離子體(ti) 運行，電子溫度大於(yu) 2000萬(wan) 度，411 秒約束等國際重大突破。

目前，EAST 正在進行新一輪升級改造，在尖端材料、關(guan) 鍵部件、主要子係統等方麵實施一係列重大提升，並將向芯部電子溫度1 億(yi) 攝氏度 100 秒長脈衝(chong) 運行目標發起衝(chong) 擊。

從(cong) 2009 年開始， ITER 的國內(nei) 專(zhuan) 項啟動，有力地支持了國內(nei) 的聚變研究，更多的大學和和其他學術單位加入了聚變研究的隊伍，各項研究工作取得很大進展。我國聚變事業(ye) 從(cong) 此進入新的發展時期。

新征程

進入到新時期，中國核聚變製定了清晰的近中遠期目標。

近期目標：從(cong) 2010－2020年，建立接近堆芯級穩態等離子體(ti) 實驗平台，吸收消化、開發和儲(chu) 備後ITER時代聚變堆關(guan) 鍵技術，設計並籌建200~1 000兆瓦中國聚變工程實驗堆（CFETR）．

中期目標從(cong) ：2020－ 2035年，建設、研究和運行聚變堆；

遠期目標從(cong) ：2035－2050年，發展聚變電站。

怎麽(me) 說呢，好好活到２０５０年聚變時代吧

目前中國核聚變的發展可以說是穩步的按照這個(ge) 戰略在前進，中國憑借東(dong) 方超環和環流器２A方麵積極的經驗，更重要的是中國綜合國力的提升，加入了ITER國際俱樂(le) 部。

１、深度參與ITER

受控核聚變的研究與(yu) 工程實現直接相關(guan) ，你搞多大規模的等離子體(ti) 研究，最好的辦法是建多大規模的等離子體(ti) 約束裝置，這需要強大的基建能力，中國正好是基建狂魔，在工程施工方麵的推進速度非常快，所以中國加入ITER後也中標了很多ITER關(guan) 鍵部件的施工製造。

中科院等離子物研所、中核電、核工業(ye) 西南物理研究院、法國法馬通公司組成的聯合體(ti) 中標TAC-1安裝標段工程

比如，中國成功中標ITER托卡馬克主機TAC-1安裝標段工程，這是ITER托卡馬克主機最重要的核心設備安裝工程，也是自我國參與(yu) ITER計劃以來通過國際競標獲得的金額最大的工程建造項目。TAC-1安裝標段裝配子任務有400餘(yu) 項，現場裝配的部件數以萬(wan) 計，精度要求高，標準嚴(yan) 苛。與(yu) 托卡馬克主機最核心的部件超導磁體(ti) 和饋線係統相關(guan) 的任務就有240餘(yu) 項。

圖：由中科院等離子體(ti) 物理研究所製造的最大的場外構件6號極向場線圈於(yu) 2020年6月26日運抵ITER現場

同時中國承擔製造了最大的場外構件6號極向場線圈合同，以及極向場線圈導體(ti) 、環形場線圈導體(ti) 、第一壁、氚增殖模塊等15個(ge) 采購包，並積極向ITER輸送中國的專(zhuan) 家參與(yu) 科技攻關(guan) 。

由於(yu) 深度參與(yu) ITER項目，中國的超導技術、高功率連續波加熱、遙控機器人維護、大型低溫係統和大型電源等方麵獲得了快速發展，並進入國際一流行列。

２、建造中國環流器２M（HL－２M）

“中國環流器二號M（HL-2M）從(cong) 2007年就開始設計，建造它就是要與(yu) ITER同步開展研究，吸收消化ITER實驗成果，並為(wei) 中國自己的CFETR提供技術準備。建造的主要技術、目是開展第一壁和高溫等離子體(ti) 控製研究，從(cong) 參數上來講，可以看成是一個(ge) 縮小版的ITER，所以被稱為(wei) ITER的衛星裝置，或者你可理解為(wei) ITER的模擬器，相比於(yu) ITER也更加靈活。

HL－２M是核工業(ye) 西南物理研究院建造的第四個(ge) 托卡馬克裝置，相對於(yu) 上一代HL－２A，主要體(ti) 現在加熱功率上的大幅提升，將會(hui) 進行電子回旋（功率達到2 MW）、中性束注入（功率達到8—10 MW)等多種加熱方式的研究，加熱功率的提升將可使爐內(nei) 的離子溫度達到１．５億(yi) 度以上。

裝置帶有獨特的先進偏濾器位型，可進行高功率、高熱負荷、強第一壁作用條件下，粒子、熱流、氦灰的有效排除方法和手段的研究。大半徑小半徑較之HL－２A均有提升，所以，等離子體(ti) 積是現有裝置的2倍。

３、建造中國聚變工程實驗堆

(CFETR，China Fusion Engineering Test Reactor)

圖：聚變堆主機關(guan) 鍵係統綜合研究設施2019年在合肥三十崗開建

中國聚變工程實驗堆(CFETR，China Fusion Engineering Test Reactor)是在吸收消化東(dong) 方超環（EAST)和國際熱核聚變實驗堆(ITER)設計經驗，以及中科院等離子體(ti) 物理研究所多年托卡馬克聚變裝置主機設計經驗的基礎上提出的重大科學工程，目標直指聚變商業(ye) 發電，比肩國際熱核聚變實驗反應堆（ITER），聚變功率增益、發電功率等設計參數超過ITER。

CFETR一期目標要實現聚變功率增益（輸出/輸入）Q>=5，功率達到20萬(wan) 千瓦的長脈衝(chong) 燃燒等離子體(ti) 約束；

二期調試衝(chong) 擊Q>=10，100萬(wan) 千瓦，為(wei) 純聚變電站打下基礎。

核工業(ye) 西南物理研究院的四代托卡馬克以及ITER和CFETR的相關(guan) 參數

4、理論端開始發力

根據數據統計，2007-2016年近10年以來，中國在核聚變領域每年的發文量位列全球第三（第一美國、第二德國），特別是近幾年論文數量增長迅速，2015年接近美國，2016年超過美國！從(cong) 主要機構發文來看，中國科學院整體(ti) 在該領域的發文量排名第二（第一是美國通用原子公司），下屬研究機構中發文量最多的是合肥物質科學研究院和中國科學技術大學。

可以預見，隨著EAST、HL-2M和CFETR為(wei) 主的中國核聚變實驗工程的支撐，中國在受控核聚變領域的理論發展速度將會(hui) 更快。

好了，從(cong) 下一章開始，將正式介紹與(yu) 核聚變有關(guan) 的理論，回過頭來再看看一些看得不是很明白的專(zhuan) 有名詞，你會(hui) 更有收獲的。


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