中国在仿星器上的研究、成果和进展是怎样的?

中国在仿星器上的研究、成果和进展是怎样的?

我上研究生时,某英国教授(50岁左右)说道,他和我们一样年轻的时候,有个50岁的老教授告诉他,50年后核聚变会广泛应用,现在,他把这句话转送给我们。。。

核聚变永远50年后广泛应用,不知道什么时候能打破这个魔咒。

先回答一下题主的问题,我国在仿星器方面研究很少,基本所有搞聚变的都集中在托卡马克(包括ITER),和激光点火装置上了,托卡马克仿星器基本没什么机密,激光聚变可能涉密比较多。因为激光聚变其中一个主要功能是模拟氢弹爆炸,这个对于全面禁止核试验后开发核武器有很大帮助

现在世界运行中的仿星器有如下名单:

其中wega2013年停掉了,因为更大更新的

,也就这次新闻中说的这个仿星器,在2014年基本组装完成。

我国跟

也没有高级别的官方合作,W 7-X具体合作单位很多,就不列举了,下面一个PPT列出了主要合作国家和地区:欧盟、美国、日本。

再说说我国为什么暂时没有仿星器,等离子所长万宝年教授有过解释:仿星器在我国遇冷,有着多方面的原因。一来是历史沿革。过去我国财力有限,而核聚变反应研究却投资巨大。相比于同时进行多种途径的研究,还是“集中力量办大事”,深入研究一种途径更为现实。经过权衡,我国的几家研究机构不约而同地选择了最为主流的托卡马克途径。二来,建造仿星器的成本太高、难度太大,这也是非常关键的制约因素。

仿星器于1951年就在普林斯顿大学实验室诞生了,但是仿星器设计建造非常复杂,没有计算机模拟的情况下设计出的仿星器效果一直不怎么样。后来,在1954年,第一个托卡马克装置在原苏联库尔恰托夫原子能研究所建成,这个装置在当时有明显的优势,特别是设计建造优势,进而做出了很多研究成果。至今,托卡马克式装置依然被认为是最有可能实现核聚变的方案,不然为什么各国都在参与ITER建设呢?

下面简要说说建造难度问题

请各位看一下仿星器和托卡马克结构示意图的对比

仿星器:

示意图中,蓝色的是线圈,黄色带状结构是等离子体,带上的绿色线条是其中一条磁感线。

托卡马克:

上图中,蓝色的是线圈,中间的带箭头的线是磁感线;下图,带箭头的圈是线圈中的电流方向,红色部分是等离子体形状。

凭直觉来看,哪个好建造?一个是甜甜圈,一个是大麻花……

当然是托卡马克比较容易建造。

其实,实际上的仿星器比上面的还要复杂,下面是W 7-X线圈的结构组装图

蓝色和红色都是线圈,红色是环形线圈,蓝色是不规则形状线圈。跟上面示意图有区别原因是加上红色线圈是为了更方便的对磁场进行“整形”和调节。

再看看整体结构与反应室结构

仿星器(w-7x)

中间空腔不规则形状

托卡马克

(来自互联网,侵权请告知),可以看出托卡马克的反应室(中间空腔)还是比较简单容易设计的。

接着看看反应室实拍:

仿星器:

这是一段

这也是一段(组装前,未做内壁保护)

这还是一段:

托卡马克:

这一张图够了:

不过瘾?移步下面链接(手机党慎入):

仿星器的优势是什么呢?第一,仿星器中等离子体全部依靠外场约束,比较稳定;托卡马克是外磁场与等离子体电流产生的磁场耦合,如果等离子体因某种原因不稳定,这个系统可能崩溃,甚至导致仪器报废。第二,这个是连续点火,比脉冲点火控制难度低(指的是解决点火问题之后,不是目前)。

至于国内是不是需要上马这个,这就不好评论了,毕竟实现聚变的方式太多了,没必要什么都去试试,在不确定的情况下 ,观望也是不错的选择。再说,国内目前还在研究反场箍缩,这个好像可以让等离子出现自组织行为,也能解决部分等离子体稳定性问题,而且加热手段更简单,也有独特的优势。

关于反场箍缩,我在另外一个问题回答了,传送门:

除特殊说明外,大部分图片来自马普等离子所、pppl等科研机构公开文献

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原来的占坑用答案,不删了,放在最后吧

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仿星器国内研究一直不多,目前也就是德国搞得比较前沿。在聚变装置上,美国重点发展惯性约束,也就是激光约束核聚变,中国等大部分国家重点关注磁约束核聚变中托卡马克装置(中国激光聚变研究也比较牛),仿星器主要是德国,前苏联倒是发展也不错,到了现在俄罗斯发展怎样我就不知道了。仿星器和托卡马克主要区别是,托卡马克是脉冲点火,仿星器是连续点火,仿星器出现比托卡马克早,但要说发电,比托卡马克难度大。

德国的马普实验室等离子所在搞仿星器,同时也在搞托卡马克。核聚变技术哪家强?欧洲德国找马普。。。

上面答案仅供留坑,周末前查证详细材料后补充

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