核聚变研究50年.docx

核聚变研究 50 年邱励俭( 核聚变研究 50 年 邱励俭 ( 中国科学院等离子体物理所 ,合肥 230031) 摘 要 :分析了国内外核聚变研究成果现状和发展的趋势 ,对国民经济发展过程中的能源需求作了预 测 ,对中国的聚变能源战略和历史机遇 ( 经济 、技术体系 、地位) 作了讨论 ,介绍了聚变2裂变混合堆并提 出了发展聚变2裂变混合堆的总体设想 、研究内容和预期目标 。 关键词 :核聚变 ;托卡马克 ;聚变2裂变混合堆 ;洁净核能 为研究磁约束核聚变的主要途径 ,但是成效都 不大 。只到 20 世纪 60 年代后期苏联科学家在 T23 To kamak 上利用强纵场克服等离子体的宏 观稳定性上取得突破性的进展 ,等离子体的各 项参数有很大提高 :等离子体温度 T I , Te≈018 keV 、等离子体密度 N ≈3 ×1013 cm - 3和能量约 束时间τe≈20 ms 。然而西方科学家不相信这 个结果 。由英国 Culham 实验室派出一个专家 小组 ,带了自己的汤姆逊散射仪去测量 ,从而肯 定了这些结果的可靠性 。这样 ,世界对聚变研 究的悲观情绪一扫而空 ,人们看来有望走向建 堆( T 1 , T e≈10 keV , N i≈1 ×1014 cm - 3 , τe ≈1 s) 。可以说 ,聚变研究前 20 年是“遍地开花”, 但成果甚少 ; 而托卡马克脱颖而出 , 相比较之 下 ,其他途径进展不大 。磁镜一直为其“终端” 损失困扰 ; 而 θ2pinch 的最大装置“希拉克”因 未能克服宏观稳定性而全盘失败 ,Lo s Alamo s 实验室从而丧失了在美国磁约束研究中所占有 的“一席”之地 。从 1970 年起世界上又掀起一 股“To kamak”热 ,美国 Princeto n 大学的等离子 体物理研究所 ( P P PL ) 把 Stellarato r2C 装置改成 To kamak 叫 S T , 得到了苏联 T23 上的实验结 果 。70 年代初期在 P P PL 同时造了三个 To ka2 核聚变研究的历史 自从核武器研究开始之时 ,人类就希望把 核能用于和平目的 。裂变是这样 ,聚变也是这 样 ,20 世纪 50 年代初 , 美国 、英国和苏联在研 制核武器的同时 ,也在从事受控热核聚变的工 作 。美 国 在 Liver mo re 进 行 Magnetic mirro rs (磁镜) 研究 ,在 Lo s Alamo s 进行θ2pinch ( 环形 箍缩) 研究 , 在 Princeto n 进行 Stellarato r ( 仿星 器) 研究 ,这就是“Sherwoo d Project ”( 希伍德计 划) 1 ; 英国的哈威 尔 核 研 究 中 心 则 从 事 Z2 pinch 的研究 ( Zeta) ,苏联在库尔恰托夫和阿尔 奇摩维奇领导下进行 Z2pinch 和 To kamak ( 有 极放电和无极环形放电) 的研究 。这些都是在 极其必威体育官网网址的情况下进行的 ,关于高温等离子体 的约束大家都不约而同地想到了使用磁场 ,但 是很快就发现这种约束方式要比预想的困难得 多 。这里主要的障碍是等离子体的宏观稳定性 问题 。为了更好地共同探求克服困难的途径 , 各国在 1958 年日内瓦召开的国际第二届和平 利用原子能会议上公开了所有的研究 ,此后 ,聚 变成为国际合作的主题 。而θ2pinch , Stellara2 to r , Magnetic mirro rs , Z2pinch 和 To kamak 成 1 收稿日期 :2001202214 作者简介 :邱励俭( 1933 —) ,1951 年毕业于华中工学院动力系 ,现为中国科学院等离子体物理研究所研究员。 29 mak : A TC ( mak : A TC ( Adiabatic To roidal Co mp resso r ) , PD X ( Poloidal Diverto r Experiment ) 和 PL T (Princeto n L arge To rus) , 而停止了原来的“仿 星器”研究 。 世界上从 1968 年到现在共建造了几十个 大大小小的托卡马克 ,把核聚变研究推向一个 新的高度 , 结果异常丰富 ( 见图 1) 。主要的成 就在于 : ( Co ncep t ual Design Activit y) ,1992～1998 年为 工程设计阶段 EDA ( Engineering Design Activi2 t y) 。它的目标是验证稳态的氘氚等离子体自 持“燃烧”的科学可行性 ; 聚变反应堆的工程可 行性 , 该装置发出热功率为 1 ～ 2 GW ,