聚变实验装置

核物理术语

以研究受控核聚变的科学可行性以及开发和试验各种高温等离子体的加热和约束方法及聚变堆工程技术为目的，可以进行诊断测量的各种实验装置。可以分为两大类型，即磁约束聚变实验装置(含工程试验装置)及惯性约束实验装置。

磁约束聚变实验装置

从磁约束位形和装置结构特征上又分为环形装置和直线装置两类，各自又包括若干各具特点的子类型装置。如环形装置中有托卡马克型、仿星器型、反场箍缩型等。直线装置中有磁镜型、Z-箍缩型、紧致环型(几何形状为直线)。所有聚变实验装置都必须具有加热和约束高温等离子体的功能，一般由下述部件组成：①磁体。用于产生所要求的磁场位形。视磁场强弱及其维持时间不同，可采用常规水冷磁体、低温液氮冷却磁体及超导磁体。常规水冷磁体是装置的主要耗能部件，能提供6T以下磁场；液氮冷却磁体用于强磁场紧凑型装置，磁场强度可达14T；一些长脉冲装置及未来聚变堆要采用超导磁体，能产生10T大小的磁场。②真空系统。等离子体处于内真空室中，有物质孔阑或磁孔阑将灼热内芯与室壁隔离。内真空室需预先抽至10Pa的高真空，且所有面向等离子体的材料需经特殊处理。③加热部件。已发展得较成熟的强功率加热设备有：强流高能中性粒子注入线、三种频段(离子回旋、电子回旋及低混杂频段)的强功率波发生器及传输耦合系统。④电源。大型装置常采用高功率飞轮电机及直接从大型电网取电的方案，要求总供电量达几十万千瓦。⑤燃料补充设备，包括喷气系统及冷冻高速燃料小丸注入机(丸速0.4~4km/s)。⑥诊断测量设备及数据采集和处理系统。⑦远距离操纵及辐射防护系统。⑧氚处理系统。最后两类系统是氘氚燃烧实验装置所必需的。

除用于研究高温等离子体物理的装置外，由于聚变堆涉及许多新工艺问题，还建立了一些大型的单项工艺试验装置，如：①大型超导线圈工程(LCT)，由6个大孔径D形(3.5m×4.5m)铌钛及铌三锡超导线圈组成环形，可产生8T的磁场；②氚系统试验装置，最大的美国劳斯阿拉摩斯的TSTA装置能处理150g氚；③旋转中子源，用于堆材料试验，美国劳伦茨利弗摩尔国家实验室的PTNS-Ⅱ可产生能量为14MeV，通量为2×10s的中子。

目前，美、欧共体、日、俄正着手联合研究一个国际热核实验反应堆(ITER)，采用托卡马克位形，设想在21世纪初建成，预计投资为40~100亿美元。

惯性约束聚变实验装置

由驱动器、靶室及测量诊断设备组成，驱动器是最主要部件。实际采用的大功率驱动器有激光驱动器、离子束驱动器。它们能提供极高功率极短脉冲的激光束或粒子束。(实现自持聚变，要求激光束的脉宽为几个ns，功率10W；粒子束的脉宽为几个纳秒，功率为10W)。这些驱动器本身都是技术复杂的大型设备，目前已达到的水平离上述要求还差一个数量级以上，但激光器及粒子加速器技术已有很高水平，设备造价昂贵。惯性约束实验装置着重研究5方面的问题，即①驱动束流与等离子体耦合效率；②冷燃料等熵压缩过程；③聚爆对称性；④消融压强；⑤点火机制。目前已转入重点研究点火机制(关于靶室及诊断设备见激光聚变实验装置)。

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