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偶极场聚变堆概念特征及研究现状 2019年6月27-28 日.厦门 目录 一、磁约束聚变发展现状及存在的挑战 二、偶极场聚变堆概念及研究现状 三、总结及讨论  聚变能源 核聚变 -- 一种可以持续上亿年的能源：  氘（D）存在于海水中，33克氘/每立方米海水，1升海水=燃烧340升汽油，一旦实现 核聚变能，按现在世界能源消费，人类可用几十亿年。  氘-氚核聚变的产物是惰性气体氦4和中子，而氢的同位素氚（T）的半衰期为12年，短 期放射性。因此，核聚变能是一种清洁的理想能源。 第一代D-T聚变反应堆原理 磁约束核聚变类型 球马克 仿星器 托卡马克 • 托卡马克 • 球托卡马克 • 仿星器 串级磁镜 • 串级磁镜 • Z-箍缩 反场箍缩 Z-箍缩 • 反场箍缩 美国TFTR(1994)和欧盟JET(1997)成功实验点火 ITER：世界第一座热核聚变实验堆  科学目标： 阶段I ：建设一个能产生500MW聚变功率、有能力 维持大于400秒氘氚燃烧的托卡马克聚变堆。 阶段II：探索实现具有持续、稳定、高约束的高性能 燃烧等离子体。  工程目标： ◇检验各个部件在聚变环境下的性能，包括辐照损伤、 高热负荷、大电动力的冲击等， ◇发展实时、本地的大规模制氚技术（TBM计划）。  ITER在世界上首次提供典型的： ◇等离子体体积聚变中子源； ◇Tokamak空间结构中子通量和能谱; ◇在结构、增殖剂材料中体积核热源； ◇第一壁表面热通量； ◇Tokamak磁场强度及分布； ◇足够长的D-T燃烧时间（400-3000s） CFETR 的总体设计参数（2015年版本） 第一代聚变堆（D-T ）商用化五大挑战 主要问题 难点说明 稳态运行 大破裂 难点：准稳态运行或长脉冲运行，自举电流/非 感应驱动电流 第一壁材料 14MeV 中子辐照 难点：没有商用化解决方案 第一壁高热通量 表面溅射及排热 难点：杂质反射进主等离子体；排热困难 氚自持 初始氚投料量 难点：增殖效率低，价格昂贵。初始氚：5- 10kg/1GW ；价格：84-130M$/kg。最大总费用： 13亿美元 先进聚变燃料 杂质及排灰效率 难点：粒子约束时间远大于能量约束时间 二、偶极场聚变堆概念特征及研究现状 （一）背景及国内外现状 （二）特点及突出优点 （三）实验装置、运行及结果 （四）应用开发前景及关键问题  偶极场概念--来自天体等离子体研究  50年磁层探索：地球、 地磁场 磁偶极子磁场 （偶极场） 木星、土星、天王星、 海王星的；  磁层可压缩性约束与稳 定性（自组织稳定）；  Gold (1959) ：等离子体 压强分布规律： γ -20/3 p ～1/V ～R