電氣工程導論電工理論及新技術(shù)

1、電氣工程導論第六章-電工理論與新技術(shù).txt我爸說過的最讓我感動的一句話：“孩子，好好學習吧，爸以前玩麻將都玩兒10塊的，現(xiàn)在為了供你念書，改玩兒1塊的了。” 本文由guohai168貢獻 ppt文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 電工理論與新技術(shù) 超導 超導的發(fā)現(xiàn) 超導的微觀機理 超導材料 超導的應(yīng)用 展望 超導現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn) 超導是某些金屬或合金在低溫條 件下出現(xiàn)的一種奇妙的現(xiàn)象 。最先發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的是荷 蘭物理學家卡麥林·昂納斯。 1911年夏天，當昂納斯的兩個研 究生在做低溫實驗時，偶然 發(fā)現(xiàn)某些金屬在極低溫環(huán)境 中，金屬的電阻突然消失

2、了 。昂納斯接著用水銀做實驗 ，發(fā)現(xiàn)水銀在4.1K時（約相當 于-269），出現(xiàn)了這種超 導現(xiàn)象；他又用鉛環(huán)做實驗 ，九百安培的電流在鉛環(huán)中 流動不止，兩年半以后仍舊 毫無衰減。 快快方式 u=1235958048,109255454&gp=1.lnk 通過研究人們發(fā)現(xiàn)：所有 超導物質(zhì)，如鈦、鋅、汞 等，當溫度降至臨界溫度 時，皆顯出某些共同特征： 超導之性質(zhì) 電阻為零，一個超導體 環(huán)移去電源之后，還能 保持原有電流有人做 過實驗，發(fā)現(xiàn)超導環(huán)中 的電流持續(xù)了兩年半而 無顯著衰減 完全執(zhí)磁性，這一現(xiàn)象 由德國物理學家邁斯納 發(fā)現(xiàn)，只要超導材料進 入超導狀態(tài)，便可把磁 感線排斥體外，其體內(nèi)

3、 的磁感應(yīng)強度總是零 （邁斯納效應(yīng)） 超導的發(fā)現(xiàn)轟動了全世界的 科學家，大家紛紛想要揭開 超導的奧秘，因為只有了解 了超導現(xiàn)象的微觀機理，才 能使它為人類作出更大的貢 獻。 將近一百年過去了，經(jīng)過 幾代科學家的不斷探索， 人類也對超導的機理有了 一個大概的認識，目前我 們對它有一下解釋： 1950年，美籍德國人弗茹里赫與美國伊利 諾斯大學的巴丁經(jīng)過復雜的研究和推論后， 同時提出：超導電性是電子與晶格振動相 互作用而產(chǎn)生的。他們都認為金屬中的電 子在點陣中被正離子所包圍，正離子被電 子吸引而影響到正離子振動，并吸引其它 電子形成了超導電流。 接著，美國伊利諾斯大學的巴丁、 庫柏和斯里弗提出超導電

4、量子理 論，他們認為：在超導態(tài)金屬中 電子以晶格波為媒介相互吸引而 形成電子對，無數(shù)電子對相互重 迭又常?；Q搭配對象形成一個 整體，電子對作為一個整體的流 動產(chǎn)生了超導電流。由于拆開電 子對需要一定能量，因此超導體 中基態(tài)和激發(fā)態(tài)之間存在能量差， 即能隙。 這一重要的理論預(yù)言了電子對能 隙的存在，成功地解釋了超導現(xiàn) 象，被科學家界稱作“巴庫斯理 論”。這一理論的提出標志著超 導理論的正式建立，使超導研究 進入了一個新的階段。 超導的應(yīng)用 從目前的研究情況來看 ，超導技術(shù)的應(yīng)用可分成 三類： 超導技術(shù)應(yīng)用 （1）能源-超導輸電、超導儲能、超導電機等 （2）交通-磁懸浮列車（抗磁性應(yīng)用）、船舶磁

5、推進器 （3）醫(yī)療衛(wèi)生-核磁共振成像、生物磁儀器等 （4）電子技術(shù)-超導微波技術(shù)應(yīng)用、各類超導傳感技術(shù)、 半導體 超導體集成電路、超導計算元件等 （5）重大科學工程-加速器、受控熱核裝置等 （6）國防技術(shù)超導反潛、掃雷、電磁推進、通訊及制 導等 在磁懸浮列車方面的應(yīng)用 1999年月，日本 研制的超導磁懸浮 列車時速已達552公 里 西南交通大學研制 成功的超導磁懸浮 列車，最高設(shè)計時 速達500公里 在磁懸浮列車方面的應(yīng)用 列車的最高時速為300公里，飛機的為1000公里。所以人們就想尋 求一種時速介于兩者之間的交通工具。磁懸浮列車整好滿足了這個 要求。最高時速可達到500公里。 磁懸浮列車是

6、利用超導體的完全 排磁性，使列車懸浮在空中，以 直流電動機作為推動力。他的優(yōu) 點是，不接觸軌道，無摩擦，運 行安全，無噪聲，無任何有害氣 體排放。 在上海浦東已經(jīng)建成了我國第一 條磁懸浮鐵路，全長30公里，僅 需8分鐘。 超導技術(shù)在定向武器方面的應(yīng)用 在軍事上，定向武器在未來戰(zhàn)爭中將起到舉足輕重的作用。美國 和俄羅斯已經(jīng)把定向武器的研制放在突出的位置。定向武器就是把能量 匯聚成極細的能束，并沿著指定的方向以光速向外發(fā)射，從而摧毀目標。 存在一個問題：如何在瞬間提供大量的能量呢？ 用超導材料制成的閉合線圈就是一種理想的儲能裝置。 因為在超導線圈中的電流沒有功率損失，可長時間維持。 只要線圈保持超

7、導狀態(tài)，它所儲存的電磁能就會毫無損耗地長期保存下 去并可隨時把強大的能量提供給聚能武器，超導儲能裝置使聚能武器如 虎添翼，有如給聚能武器提供了一個機動靈活、容量無比的彈藥庫，使 聚能武器隨時可以對敵實施攻擊。 超導技術(shù)在定向武器方面的應(yīng)用 飛 機 推 進 器 超導技術(shù)在定向武器方面的應(yīng)用 精確制導武器的發(fā)射 超導技術(shù)在定向武器方面的應(yīng)用 核潛艇圖 核磁共振 超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用 核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。是繼CT后醫(yī)學影像學的又一 重大進步。自80年代應(yīng)用以來，它以極快的速度得到發(fā)展。 其基本原理 基本原理：是將人體置于特殊的磁場中，用無線電射頻脈沖激發(fā)人體 基本原理 內(nèi)

8、氫原子核，引起氫原子核共振，并吸收能量。在停止射頻脈沖后，氫 原子核按特定頻率發(fā)出射電信號，并將吸收的能量釋放出來，被體外的 接受器收錄，經(jīng)電子計算機處理獲得圖像，這就叫做核磁共振成像。 核磁共振 超導技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用 磁共振成像技術(shù)(MRI)和CT成像技術(shù)比較， 首先是成像原理不同。 CT即計算機斷層掃描技術(shù),是將X射線對人體 組織作橫斷面掃描后通過計算機對密度對比 分析成像診斷疾病，對人體有X線輻射損傷， MRI是通過發(fā)射脈沖磁場信號，對人體氫質(zhì)子磁共振信號進行分析成像， 診斷疾病，不存在X線幅射損傷?？筛鶕?jù)需要對人體進行橫斷面、矢狀面、 冠狀面三維任意角度切層，通過各種角度顯示病

9、變，立體感更強，而且 在同一切層可采用不同序列、不同參數(shù)掃描，這更有利于對不同生物學 特性的組織的充分顯示，由于MRI掃描中不同組織信號差異遠大于CT上 組織間密度差異，因此，使許多病變更易辯認，有利于對病變早期診斷， 尤其是細小病變。 受控熱核聚變裝置超導體在托卡馬克裝置中的應(yīng)用 托卡馬克裝置是一種磁約束 熱核聚變實驗裝置，經(jīng)過人 們50多年的不懈努力，1992 年以來，已經(jīng)成功的在歐洲 聯(lián)合環(huán)jet和美國TFTR上進行 了氘氚放電，開發(fā)聚變能的 科學可行性終于在托卡馬克 裝置上得到證實。 但是常規(guī)托卡馬克裝置，體 積大，效率低而且是脈沖運 行。而超導托卡馬克正是在 這一點上有著極大的優(yōu)勢，

10、 即:高效緊湊，穩(wěn)態(tài)運行。 中科院等離子體物理研究所 超導托卡馬克HT-7巨大的電感線圈 利用超導體產(chǎn)生的巨大磁場， 應(yīng)用于受控制熱核反應(yīng)。核聚 變反應(yīng)時，內(nèi)部溫度高達1億 2億，沒有任何常規(guī)材料可以 包容這些物質(zhì)。而超導體產(chǎn)生 的強磁場可以作為“磁封閉 體”，將熱核反應(yīng)堆中的超高 溫等離子體包圍、約束起來， 然后慢慢釋放，從而使受控核 聚變能源成為21世紀前景廣闊 的新能源。 氫彈蘑菇云 我們的目標： 超導電工中心 我們的目標： 圍繞EAST超導磁體系統(tǒng)的需求，開展相關(guān)技術(shù)的研究和攻關(guān)，確保大科學工 程任務(wù)的完成； 瞄準國際前沿，研究和發(fā)展超導磁體技術(shù)、建立大型超導磁體測試中心，建 成超導線

11、材，導體和磁體測試裝置，提供面向全國的大型超導磁體試驗平臺， 為超導磁體技術(shù)在科研、國防、和國民經(jīng)濟發(fā)展中的應(yīng)用提供技術(shù)基礎(chǔ)； 建立2 kW/4K大型深冷低溫系統(tǒng)，發(fā)展大型超臨界氦和超流氦低溫技術(shù)為國內(nèi) 大型超導磁體和超流氦冷卻的高場磁體的發(fā)展提供技術(shù)支撐，使我國大型氦低溫 技術(shù)繼續(xù)發(fā)展并達到國際先進水平； 選擇有限目標，研究超導裝置與電力系統(tǒng)的匹配協(xié)調(diào)運行的關(guān)鍵科學問題，開 展超導技術(shù)用于電力工業(yè)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，建立大型超導儲能實驗裝置，開展大 型超導儲能實驗研究，并探索大電流高溫超導電流引線等實用技術(shù)。 在以上工作的基礎(chǔ)上逐步發(fā)展成為一個國內(nèi)公認的，有特色的大型超導應(yīng)用技 術(shù)研究和實驗基地

12、。 中國科學院等離子體物理研究所超導電工中心 建立起中國最大的超導磁體試驗系統(tǒng)。該EAST 建立起中國最大的超導磁體試驗系統(tǒng)。 大型超導磁體試驗系統(tǒng)包括： 大型超導磁體試驗系統(tǒng)包括： 實驗杜瓦、低溫、真空、電源、電流引線、數(shù) 據(jù)采集及控制等諸多子系統(tǒng)。 總重16噸、容積48立方米的實驗杜瓦是國內(nèi)最大的實驗杜瓦 杜瓦是一個有真空夾層的容器，真空夾層起絕熱作用。 杜瓦在高溫和低溫都有廣泛的用途。 低溫下主要用作 低溫液體儲存容 器，也用來為制 冷裝置絕熱以免 環(huán)境傳熱到制冷 空間，同時被冷 卻對象裝在杜瓦 的真空環(huán)境中可 防止其上因低溫 而結(jié)水影響工作。 低溫杜瓦是在低壓下儲運液 氮、液氦、液氧、

13、生物樣本 以及超導磁體的容器。 救護車內(nèi)液氧 液氧儲罐 直流發(fā)電機組 電源系統(tǒng)由四臺直流發(fā)電機組成， 國內(nèi)最大總儲能量560MJ，最大總脈沖功率80MW的直流脈沖發(fā)電機組。 氦 制 冷 機 一套國內(nèi)最大的2 kW/4K的大型深冷低溫系統(tǒng) 超導應(yīng)用的誘人前景不光是實現(xiàn)大電流、大功率 的電力無損耗長距離傳輸，利用超導體的抗磁性 可以實現(xiàn)磁懸浮列車、無磨損軸承，同時，利用 超導體的電子性可以研制出運算速度更高的電子 計算機、高性能微波元件特別是利用超導可 以制造出能測量比人腦磁信號弱幾千倍的超導量 子干涉儀，從本質(zhì)上揭示人類大腦的奧秘?？傊?， 21世紀將是超導技術(shù)大顯身手、異彩紛呈的新世 紀。 核聚

14、變電工技術(shù) 各種能源儲量和可用年數(shù) （按目前消耗水平） 能源 石油 天然氣 煤 鈾235（裂變堆） 鋰（DT聚變堆） 儲量（109J） 1.2X1013 1.4X1013 1.0X1014 1013 1019 可用年數(shù) 40 50 300 30 30000 3X107 10 鈾238釷232（增殖堆） 16 反應(yīng)堆解決能源問題是當今社會的 一個最急迫的問題，而最讓人注目的 就是 熱核反應(yīng) 聚變能具有資源無限，不污染環(huán)境，不產(chǎn)生高放射 性核廢料等優(yōu)點，是人類未來能源的主導形式之一， 也是目前認識到的可以最終解決人類社會能源問題 和環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑 之一。 2006年5月

15、24日，國家科學技術(shù)部代表我國政府與其他 六方一起，在比利時首都布魯塞爾草簽了國際熱核 聚變實驗堆 （InternationalThermonuclearExperimentalReactor）聯(lián) 合實施協(xié)定。這標志著ITER計劃實質(zhì)上進入了正式 執(zhí)行階段，即將開始工程建設(shè)，也標志著我國實質(zhì)上 參加了ITER計劃。 ITER計劃是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合 作項目之一。它的建造大約需要十年，耗資五十億美元 （1998年值）。合作承擔ITER計劃的七個成員是歐盟、中 國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這七方包括了全世 界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一 半。為建

16、設(shè)ITER，各參與方專門協(xié)商組建了一個獨立的國 際組織，各國政府首腦在過去幾年中都采取不同方式對參加 ITER計劃作出過正式表態(tài)。這些都是國際科技合作史上前 所未有的，充分顯示了各國政府和科技界對該計劃的高度重 視。 ITER計劃的實施結(jié)果將決定人類能否迅速地、大規(guī)模地 使用聚變能，從而可能影響人類從根本上解決能源問題的 進程。在全世界都對人類能源、環(huán)境、資源前景等問題予 以高度關(guān)注的今天，各國堅持協(xié)商、合作的精神，擱置諸 多的矛盾和利害沖突，最終達成了各方都能接受的協(xié)議， 并開始合力建設(shè)世界上第一座聚變實驗堆。 但最近的計算機模擬研究發(fā)現(xiàn)，ITER核聚變所產(chǎn)生的 超過10億攝氏度的高溫等離子

17、對反應(yīng)堆內(nèi)壁的破壞作 用遠遠超乎想象，為避免反應(yīng)堆內(nèi)壁熔化，必須更好 地絕緣等離子體，因此需要有更強大的脈沖磁場來約 束，并改變反應(yīng)堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計。要彌補這一設(shè)計上 的缺陷，ITER計劃正式投入核聚變試驗的時間至少要 推遲到2026年，而不是原先計劃的2018年。另外該計 劃的費用預(yù)算可能要超過100億歐元，具體增加數(shù)額可 能會在11月份的ITER理事會上透露。 煤和DT聚變所耗燃料和產(chǎn)生廢料對比 （一天提供109W電能） 煤 燃料 9000噸煤 30000噸CO2 600噸SO2 廢料 90噸NO2 DT聚變 0.5公斤D2 1.5公斤Li6 (0.7公斤T2) 2公斤He4 聚變反應(yīng)： 聚

18、變反應(yīng)： D是氘核 重氫 、T是氚核 超重氫 。 是氘核(重氫 是氚核(超重氫 是氘核 重氫)、 是氚核 超重氫)。 以上兩組反應(yīng)總的效果是： 以上兩組反應(yīng)總的效果是： 6個氘核共放出 24MeV能量，相 個氘核共放出43 能量， 個氘核共放出 能量 當于每個核子平均放出36MeV。它比n 當于每個核子平均放出 。它比 裂變反應(yīng)中每個核子平均放出200 235U裂變反應(yīng)中每個核子平均放出 裂變反應(yīng)中每個核子平均放出 236085MeV高4倍。因此聚變能是比 高 倍 裂變能更為巨大的一種核能。 而且氚 裂變能更為巨大的一種核能。 而且氚 氘 在海水中大量存在， 在海水中大量存在，可謂取之不盡用之

19、不 竭。 但是控制這個反應(yīng)是難上加難： 但是控制這個反應(yīng)是難上加難： 首先， 首先，聚變反應(yīng)的燃料氘應(yīng)加熱至很高的 溫度。 溫度。兩個氘核只有相靠很近時才可能發(fā)生聚 變。氘核都是帶正電的要相互靠近必須克服它 們間的靜電排斥力。 們間的靜電排斥力。這就要求氘核要有足夠高 的動能。只有把氘氣體加熱到很高的溫度， 的動能。只有把氘氣體加熱到很高的溫度，才 可能使氘具有很大的熱運動能量， 可能使氘具有很大的熱運動能量，足以克服它 們之間的靜電排斥力，而相互靠近， 們之間的靜電排斥力，而相互靠近，發(fā)生大量 的聚變反應(yīng)。據(jù)估算，溫度需達到1億度以上 的聚變反應(yīng)。據(jù)估算，溫度需達到 億度以上 這樣高的溫度，

20、氘氣體都完全電離， 。這樣高的溫度，氘氣體都完全電離，處于等 離子體狀態(tài)（完全電離的氣體）。 離子體狀態(tài)（完全電離的氣體）。 其次，高溫氘等離子體還必須有足夠高的密度， 其次，高溫氘等離子體還必須有足夠高的密度，并維持 足夠長的時間（稱約束時間）。 ）。這樣才可能達到自持聚變反 足夠長的時間（稱約束時間）。這樣才可能達到自持聚變反 應(yīng)并獲得能量增益（ 應(yīng)并獲得能量增益（即聚變反應(yīng)釋放的能量超過加熱等所消 耗的能量。 耗的能量。 能量 兩種解決方法： 兩種解決方法： 1慣性約束與激光核聚變 2磁約束與托卡馬克核聚變裝置 慣性約束與激光核聚變 激光核聚變。它是在一個直徑約 激光核聚變。它是在一個直

21、徑約100微米的小球內(nèi)充以 微米的小球內(nèi)充以 高壓的氘一氚混合氣體（或結(jié)冰的固體），稱靶丸， ），稱靶丸 高壓的氘一氚混合氣體（或結(jié)冰的固體），稱靶丸，然后用 強功率的激光束（目前達到瓦，爭取瓦） 強功率的激光束（目前達到瓦，爭取瓦）均勻地從四面八方 照射小靶丸，靶丸中的核燃料吸收激光的能量形成等離子體， 照射小靶丸，靶丸中的核燃料吸收激光的能量形成等離子體， 這些等離子體因其慣性，在還來不及飛散開的極短時間內(nèi)， 這些等離子體因其慣性，在還來不及飛散開的極短時間內(nèi)， 向內(nèi)壓縮到很高密度（液體密度的一千到一萬倍） 向內(nèi)壓縮到很高密度（液體密度的一千到一萬倍）和加熱到 很高溫度，因而產(chǎn)生熱核聚變反

22、應(yīng)。 很高溫度，因而產(chǎn)生熱核聚變反應(yīng)。這種聚變方法就稱為激 光核聚變或激光“聚爆” 光核聚變或激光“聚爆”。它的特點是靠自身的慣性來約束 的。 當前主要的問題是如何提高激光器的功率和照射的均勻度以 及降低能量損失和改進靶丸結(jié)構(gòu)等。 及降低能量損失和改進靶丸結(jié)構(gòu)等。這就是防星器 磁約束與托卡馬克核聚變裝置 當氣體的溫度升高到為創(chuàng)造聚變反應(yīng)所需的高溫以及 將高溫聚變?nèi)剂暇S持在一起所需的高壓時， 將高溫聚變?nèi)剂暇S持在一起所需的高壓時，形成自由電子 與離子：高溫等離子體，它無法用容器容納， 與離子：高溫等離子體，它無法用容器容納，要采用特殊 的辦法來約束。由于太陽質(zhì)量及引力比地球大33萬倍 萬倍， 的

23、辦法來約束。由于太陽質(zhì)量及引力比地球大 萬倍，這 種巨大的引力，可以將太陽上的等離子體約束在一起。 種巨大的引力，可以將太陽上的等離子體約束在一起。地 球引力太小則無法實現(xiàn)。 球引力太小則無法實現(xiàn)?？茖W家采用由封閉磁場組成的 容器” 來約束電離了的等離子體。 “容器”，來約束電離了的等離子體。這種容器又叫磁瓶 或磁籠，它由磁力線組成， 或磁籠，它由磁力線組成，用磁場實現(xiàn)聚變的方法稱為磁 約束。 約束。核聚變的高溫等離子體是帶正電荷的氘或氚與帶負 電荷的電子組成的氣體， 電荷的電子組成的氣體，它們都只能繞著磁力線并沿磁力 線方向作螺線形運動，與器壁相脫離。 線方向作螺線形運動，與器壁相脫離。 T

24、OKAMAK Tokamak: “托卡馬克”toroidal(環(huán) 托卡馬克” 托卡馬克 環(huán) 形的)， 真室),magnet(磁) 形的 ，kamera(真室 真室 磁 katushka線圈 線圈 EAST: “實驗型先進超導托卡馬克”實驗型先進超導托卡馬克” 實驗型先進超導托卡馬克 Experimental Advanced Superconducting Tokamak 托卡馬克（ 托卡馬克（Tokamak）裝置。環(huán)流器是在一個環(huán) ）裝置。 形圓管內(nèi)充滿氘、氚混合稀薄氣體， 形圓管內(nèi)充滿氘、氚混合稀薄氣體，圓管的截面半徑 約為1 米 環(huán)形半徑5 米 約為 2米，環(huán)形半徑 6米，它作為一個有鐵

25、芯的 壓器的次級線圈（只有一匝）。 ）。在環(huán)形圓管外 大型變 壓器的次級線圈（只有一匝）。在環(huán)形圓管外 繞有磁場線圈， 繞有磁場線圈，它會產(chǎn)生幾萬高斯的沿環(huán)形軸線的環(huán) 向磁場，用來約束等離子體。 向磁場，用來約束等離子體。當大型脈沖變壓器放電 在次級線圈（環(huán)形管）中產(chǎn)生強大的感應(yīng)電場， 時，在次級線圈（環(huán)形管）中產(chǎn)生強大的感應(yīng)電場， 這一電場足以使環(huán)形管內(nèi)的氘、 這一電場足以使環(huán)形管內(nèi)的氘、氚氣體電離形成等離 子體，并在其中流過強大電流（幾百萬安培）。 ）。等離 子體，并在其中流過強大電流（幾百萬安培）。等離 子體自身具有電阻，因而被電流加熱（歐姆加熱）， 子體自身具有電阻，因而被電流加熱（歐

26、姆加熱）， 形成高溫等離子體。 形成高溫等離子體。另外等離子體中的電流也產(chǎn)生一 磁場（稱角向磁場）， ），這個磁場與原先的環(huán)向磁場聯(lián) 磁場（稱角向磁場），這個磁場與原先的環(huán)向磁場聯(lián) 合作用，可以增長約束時間。要達到熱核聚變的高溫， 合作用，可以增長約束時間。要達到熱核聚變的高溫， 還需要輔助的加熱手段， 還需要輔助的加熱手段，例如高能中性粒子束注入加 電子迥旋共振加熱、離子迥旋共振加熱等。 熱、電子迥旋共振加熱、離子迥旋共振加熱等。 這些Coils都是 都是 這些 用通電流來產(chǎn) 生Magnetic的， 的 而且需要的電 流都很大， 流都很大，會 產(chǎn)生熱， 產(chǎn)生熱，不僅 是損失， 是損失，更確

27、切的說是沒有 能有這樣耐熱 的 ， 這 ，這些 原 理 圖 都要用 生 EAST Experimental Advanced Superconducting Tokamak” “ 合成 中 心 脈 沖 變 壓 器 真 空 管 plasma 托 卡 馬 克 模 型 線 圈 Toroidal 托 卡 馬 克 實 圖 磁約束聚變研究歷史 1952年，美國第一次Sherwood方案會議在Denver舉行。在以后幾年里，發(fā) 展了仿星器、磁鏡、箍縮等裝置。 1957年，英國環(huán)形箍縮裝置ZETA運行。 1958年，國際和平利用原子能會議召開。各主要國家將聚變研究解密。 1961年，IAEA第一次國際核聚變會

28、議在薩爾茨堡召開。 1964年，蘇聯(lián)研制T-3裝置，大半徑1m，環(huán)向磁場2-2.5Tesla，電子溫度達到 600-800eV。 1968年，蘇聯(lián)在新西伯利亞會議上公布托卡馬克上的結(jié)果。 1969年，英國Calham實驗室的科學家攜激光散射測量裝置去蘇聯(lián)T-3裝置實 地測量，證實確實達到很高的電子溫度。 1970年，各國開始建造自己的托卡馬克。 1974年，美國公布角向箍縮裝置Scyllac的結(jié)果。 1979年，美國串列磁鏡TMX成功驗證串列磁鏡概念。 磁約束聚變研究歷史（續(xù)） 1985年，蘇美首腦建議合作建造國際熱核實驗堆，即ITER 1989年，德國ASDEX實現(xiàn)H模運轉(zhuǎn)。 1990年，I

29、TER完成概念設(shè)計 1991年，歐洲的JET裝置用DT反應(yīng)產(chǎn)生1.7MW聚變功率。 1993年，美國TFTR裝置用DT反應(yīng)產(chǎn)生6.4MW聚變功率，后來又將這一功率 提高到10.7MW。 1997年，JET又創(chuàng)造了DT反應(yīng)產(chǎn)生16.1MW聚變功率的新記錄。 1998年，日本JT-60裝置的DD反應(yīng)的實驗參數(shù)的等效DT反應(yīng)能量增益因子Q 達到1.25。 ITER完成工程設(shè)計 2005年，參加ITER計劃六方?jīng)Q定將裝置建在法國 聚變-裂變混合堆 238U + n > 239Pu 核工業(yè)西南物理 研究院設(shè)計的聚 變-裂變混合堆 ITER主要參數(shù) 大半徑 6.2 m 等離子體小半徑 2.0 m 拉

30、長比 環(huán)向磁場 等離子體電流 1.85 5.3 T 15 MA 輔助加熱和電流驅(qū)動功率 73 MW 平均電子密度 平均離子溫度 峰值聚變功率 1.1 X 1020 m-3 8.9 keV 500 MW 該裝置的建造目的是： * 產(chǎn)生和研究，維持400秒的感應(yīng)驅(qū)動燃燒等離子體 * 產(chǎn)生和研究，穩(wěn)態(tài)非感應(yīng)驅(qū)動燃燒等離子體 * 檢驗主要聚變堆技術(shù) * 堆部件試驗，包括氚處理 它所研究的燃燒等離子體物理問題有： * 高能粒子效應(yīng) * 自加熱效應(yīng) * 堆尺度物理問題 ITER建在法國的Cadarache 通往聚變之路 我國磁約束聚變研究機構(gòu)的演變 （1958-2005） 電工會議時期（準備階段） 195

31、8年，中國科學院原子能研究所二部（現(xiàn)原子能科學研究院） 開始磁約束聚變的研究。 中國科學院物理研究所，以及電工研究所、北京大學、復旦大 學相繼開展磁約束聚變研究。 1959年，原子能研究所建成脈沖磁鏡小龍 第一屆全國電工會議在北京召開。 1962年，盧鶴紱、周同慶、許國保受控熱核反應(yīng)出版。 第二屆全國電工會議在哈爾濱召開。 黑龍江原子核研究所建成一臺小型角向箍縮裝置。 1965年，東北技術(shù)物理研究所（原黑龍江原子核研究所）與原 子能研究所十四室合并，遷往四川樂山，稱西南585所。 1966年，第三屆全國電工會議在哈爾濱召開。 文革和后文革時期（整合階段） 1969年，中科院物理所建成一臺角向箍

32、縮裝置，并得到聚變中子。 1971年，西南585所的仿星器凌云建成。 1974年，中科院物理所和電工所成功研制CT-6托卡馬克。 “受控核聚變研究工作交流會”在樂山召開。 1975年，中科院在安徽合肥籌建等離子體物理研究所。 西南585所超導磁鏡裝置303建成。 中國科學技術(shù)大學建立等離子體專業(yè)。 1980年，核聚變（核聚變與等離子體物理）創(chuàng)刊， 1981年，中國核學會核聚變與等離子體物理學會成立。 徐家鸞、金尚憲等離子體物理學出版。 1982年，項志遴、俞昌旋高溫等離子體診斷技術(shù)出版。 改革開放時期（攀登階段） 1984年，核工業(yè)西南物理研究院研制成功HL-1環(huán)流器裝置。同年， 中科院等離子

33、體物理所研制成功HT-6M托卡馬克裝置。 1988年，馬騰才、胡希偉、陳銀華等離子體物理原理出版。 1991年，中科院等離子體物理所建成超導托卡馬克HT-7。 1994年，核工業(yè)西南物理研究院將HL-1改裝成HL-1M。 1999年，石秉仁磁約束聚變：原理和實踐出版。 英文刊物Plasma Science & Technology創(chuàng)刊。 2002年，核工業(yè)西南物理研究院建成HL-2A裝置。 中科院物理所和清華大學合作，建成一臺球形托卡馬克SUNIST。 華中科技大學將美國的TEXT裝置引進國內(nèi)。 2005年，我國決定加入ITER。 中國科學院等離子體物理研究所建成超導托卡馬克EAST。

34、 我國第一個有偏濾器的環(huán)流器 HL-2A 超導托卡馬克EAST EAST安裝現(xiàn)場（2005/1） 我國本世紀核能發(fā)展戰(zhàn)略 熱中子 反應(yīng)堆 快中子 增殖堆 聚變堆 磁約束聚變裝置類型 托卡馬克 球形托卡馬克 仿星器 磁鏡 箍縮裝置 球馬克 內(nèi)環(huán)裝置 START等離子體照片 NSTX裝置 SUNIST裝置 （清華大學，中科院物理所） 激光技術(shù) 激光特點 特點： 一 . 激光特點： 1 方向性好 弧度） （發(fā)散角10 -4弧度） 發(fā)散角 一束激光射到38萬km的月 萬 的月 一束激光射到 球上，光斑的直徑只有2km 球上，光斑的直徑只有 手電筒的光射到m處 手電筒的光射到 處， 擴展成很大的光斑。 擴展成很大的光斑。 利用激光準直儀可使 長為2.5km的隧道掘進偏 長為 的隧道掘進偏 差不超過16nm. 差不超過 2 單色性好 單色性最好的氪燈Kr 單色性最好的氪燈 86 ?=4.7×10-3 nm × 穩(wěn)頻HeNe激光器 激光器 穩(wěn)頻 =10?9nm 激光的 單色性比普通光高 10 10 倍. 能量集中 脈沖瞬時功率大（可達10 14瓦） 脈沖瞬時功率大（可達 3 能量集中 激光的顏色非常單純，而且只向著一個方向發(fā)光， 激光的顏色非常單純，而且