EAST超导托卡马克核聚变

2010年12月24日,中国新一代“人造太阳”实验装置、世界首个全超导托卡马克(EAST 2010年度实验圆满结束,目前已获得1兆安等离子体电流、100秒1500万度偏滤器长脉冲等离子体、大于30倍能量约束时间高约束模式等离子体、3兆瓦离子回旋加热等多项重要实验成果。

图为全超导托卡马克(EAST实验装置全景。

新华社记者郭晨摄新华社合肥1月14日电记者14日从中科院合肥物质研究院了解到,我国新一代“人造太阳”实验装置EAST中性束注入系统(NBI测试台近日在进行大功率离子束引出实验过程中,首次成功获得兆瓦级强流离子束。

负责这项研究工作的胡纯栋研究员介绍说,EAST中性束注入系统(NBI测试台在实验过程中,成功获得束能量50千伏,束流22安培,束脉宽106毫秒的引出束流,离子束功率达到1.1兆瓦。

测试结果圆满达到了EAST-NBI兆瓦级强流离子源研制的阶段性计划目标。

这表明我国自主研制的第一台兆瓦级强流离子源以及大功率中性束注入器实验装置,完成了具有里程碑意义的阶段性实验成果。

据介绍,“EAST装置辅助加热系统”是国家“十二五”大科学工程,2010年7月正式立项,它是使EAST具有运行高参数等离子体的能力,从而可以开展与国际热核聚变反应堆密切相关的最前沿性研究的重要系统。

其主要包括低杂波电流驱动系统、中性束注入系统这两大系统。

中性束注入系统广泛涉及等离子体物理、强流离子束、精密机械制造、高真空、低温制冷以及辐射防护等多学科技术领域。

中科院合肥物质研究院NBI工程团队的科研人员2011年下半年,夜以继日地对基于NBI综合测试平台的强流离子源装置进行放电测试、老化锻炼、子系统联调等逐项实验,在首先获得离子源100秒长脉冲等离子体放电的基础上,终于首次达到了兆瓦级强流离子束研制的阶段性计划目标。

胡纯栋介绍,此次实验结果将为下一阶段长脉冲高能量的离子束调试打下坚实基础,并为EAST辅助加热系统最终目标——2至4兆瓦中性束注入系统的研制提供强有力的可靠支持。

我国核聚变领域装置介绍核聚变是一种将轻元素聚变成重元素的过程，释放出巨大能量的物理现象。

在我国，核聚变领域装置扮演着重要的角色，为科学研究和能源开发提供了有力支撑。

我国核聚变领域装置主要包括实验装置和工程装置两类。

实验装置用于研究核聚变的基本原理和相关技术，而工程装置则是为了实现可控核聚变反应，提供大规模清洁能源。

目前我国主要的核聚变实验装置是中国国家核聚变能源科学研究中心（中国核聚变研究所）建设的东方超环（EAST）装置。

EAST是我国第一台超导托卡马克装置，采用了超导磁体和等离子体加热系统，具有较高的等离子体温度和持续时间。

通过EAST装置，科研人员可以模拟和研究实际核聚变反应的条件，为工程装置的建设提供宝贵的经验和数据。

而我国核聚变工程装置的代表是中国国家核聚变能源工程研究计划（ITER计划）参与建设的国际热核聚变实验堆（ITER）。

ITER是目前全球最大的核聚变工程装置，由欧洲、美国、俄罗斯、日本、韩国、印度和中国等国家联合参与建设。

该装置采用了托卡马克型磁约束装置，利用超强磁场将等离子体束缚在中心区域，通过加热和压缩等手段实现核聚变反应。

中国作为ITER计划的参与方，承担着关键的任务和责任。

我国核聚变领域的研究人员和工程师们在ITER计划中积极参与核聚变技术的研发与实践，为最终实现可控核聚变提供了重要的支持和贡献。

除了EAST和ITER，我国还在积极推进其他核聚变实验装置的建设和研究。

例如，我国正在建设的中国环向聚变实验装置（CFETR）将是我国第一个具有商业级能力的核聚变实验装置，预计在2035年前后投入运行。

CFETR将进一步提升我国在核聚变领域的研究和实验能力，为实现可控核聚变提供更加坚实的基础。

核聚变技术作为清洁能源的潜在来源，具有巨大的发展潜力。

我国在核聚变领域的装置研究和工程建设方面取得了令人瞩目的成就，为推动清洁能源的发展和应对气候变化做出了积极贡献。

随着我国在核聚变领域的实验和工程装置不断发展和完善，相信将来核聚变技术能够为人类提供更加可靠、高效的能源解决方案。

我国等离子体领域成就和专家1——全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），有“人造太阳”之称，其运行原理就是在装置的真空室内加入少量氢的同位素氘或氚，通过类似变压器的原理使其产生等离子体，然后提高其密度、温度使其发生聚变反应，反应过程中会产生巨大的能量。

2006年9月28日，世界上首个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置首轮物理放电实验取得成功，标志着中国站在了世界核聚变研究的前端。

2016年2月，中国EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。

2018年11月12日，从中科院合肥物质科学研究院获悉，EAST实现1亿摄氏度等离子体运行等多项重大突破。

2021年5月28日，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现可重复的1.2亿摄氏度101秒和1.6亿摄氏度20秒等离子体运行，将1亿摄氏度20秒的原纪录延长了5倍。

12月，全超导托卡马克核聚变实验装置度开机运行。

12月30日晚，全超导托卡马克核聚变实验装置实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行，这是目前世界上托卡马克装置高温等离子体运行的最长时间。

2023年4月12日21时，全超导托卡马克核聚变实验装置创造新的世界纪录，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒。

专家——吴征威在公共卫生健康领域，他将等离子体技术应用于消毒灭菌，开发出多款康复辅助产品，在解决环境安全、公共卫生、食品保鲜等疑难课题方面取得了显著成绩。

等离子体可以在短时间内杀灭各类细菌、真菌、霉菌等微生物。

利用这一技术，能够高效的形成相对洁净的空间，根据需求快速部署，尤其在自然灾害或重大伤亡事故发生时，此类装备能够在帐篷、车辆、建筑内迅速建立起初级卫生防疫系统。

他主持开发的“便携式等离子体杀菌装置”已形成样机，有望成为一种替代性的物理除菌方法。

此外，他与同事们一起利用等离子体技术对传统的骨科材料进行处理，获得了更安全、生物相容性更好、具有部分自清洁功能的生物医学材料。

2022届山东省泰安一中（泰安市）高三下学期高考一模物理试卷一、单选题1．2021年12月30日，中科院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）在7000万摄氏度的高温下实现1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。

若某次聚变反应是4个氢核11H结合成1个氦核24He，同时释放出正电子10e。

已知氢核的质量为mp，氦核的质量为mα，正电子的质量为m e，真空中光速为c，则此次核反应释放的能量为（）A．（4mp-mα-me）c2B．（4mp-mα-2me）c2C．（4mp+mα-m e）c2D．（4mp+mα-2me）c22．如图所示，一定质量的理想气体从状态a经绝热过程到达状态b，再经等容过程到达状态c，最后经等温过程返回到状态a。

已知在b到c的过程中，气体吸收热量为10J。

下列说法正确的是（）A．a到c过程，气体对外界做功10J B．a到c过程，外界对气体做功10JC．a到b过程，气体对外界做功10J D．a到b过程，外界对气体做功10J3．如图所示，两个质量均为m的小球a和b套在竖直固定的光滑圆环上，圆环半径为R，一不可伸长的细线两端各系在一个小球上，细线长为2√3R。

用竖直向上的力F拉细线中点O，可使两小球保持等高静止在圆上不同高度处。

当a、b间的距离为√3R时，力F的大小为（重力加速度为g）（）A．√3mg B．√3mg C．2mg D．3mg24．2021年5月15日7时18分，“天问一号”火星探测器成功着陆于火星乌托邦平原南部预定着陆区，我国首次火星探测任务取得成功。

着陆前曾经在周期为T的椭圆形停泊轨道绕火星运行，此轨道与火星表面的最近距离为d1，最远距离为d2。

已知火星半径为R，则火星表面处自由落体的加速度为（）A ．π2(2R+d 1+d 2)32T 2R2B ．π2(R+d 1+d 2)32T 2R2C ．(2R+d 1+d 2)38T 2R2D ．π2(2R+d 1+d 2)32T 2R35．如图所示，正方形四个顶点上依次置放电荷量为+q 、+q 、+q 、-q 的点电荷，a 、b 、c 、d 是对角线上的四个点，他们到中心O 点的距离均相同。

“东方超环”核聚变实验装置人类曾赖以生存的传统能源——煤炭、石油、天然气正在逐渐枯竭，据预测，它们的服务时间最多只够再维持两三百年。

面对如此严峻的“能源危机”，人类将视线转移到太阳能、风能、水能、海洋能、生物质能等新能源上，但因技术和自然因素的限制，其产生的能量仍无法满足人类需求。

一筹莫展之际，人类从太阳身上得到了灵感。

每天都在发光发热的太阳拥有无穷的能量，而给予它能量的正是太阳核心所发生的核聚变反应，科学家便由此联想到人为制造核聚变反应，从而释放出可以为人类所用的能量。

氢弹就是人类已经实现的一种核聚变反应产物，但氢弹的问题是能量缓释无法控制，所以它爆炸的一瞬间形成了可以毁灭地球的杀伤力。

为了将这种具有强大杀伤力的能量转化为可以为人类所用的能源，一系列受控热核聚变能的研究相继展开。

由我国科技工作者独立设计制造的“东方超环”核聚变实验装置，是世界首个全超导托卡马克装置，通过将反应原料加热到上亿摄氏度（比太阳核心温度高十倍）来实现可控核聚变反应。

因为这一实验的反应原理与太阳相同，因此也被称为“人造太阳”项目。

诊断系统“东方超环”在进行实验时，科学家们需要全程监控它的各项反应参数。

然而由于“超高温度”造成的极限环境很难直接测量，科学家们就“迂回”地采用光谱分析来推导里面的各项参数数据。

这种方法很像医生通过听诊来判断人体内的健康情况，因此将极限环境下的测量系统称为诊断系统。

微波加热系统采取家用微波炉的微波共振原理，通过数万倍于家用微波炉的加热功率将聚变燃料的温度加热到上亿摄氏度，以达到核聚变所需的反应温度（相当于数万个家用微波炉同时运转）。

文/张素贞低温分配系统为“东方超环”上的超导材料分配低温冷却剂（主要是零下269摄氏度的液氦），使超导导体达到所需的低温，从而实现“超大电流”在超导材料上“无阻碍”地通过。

中性束注入系统利用中性粒子不受磁场控制的原理，将加速后具有巨大动能的中性粒子与带电粒子进行碰撞来传递能量，从而加热聚变材料。

2024届上海市松江区高三下学期二模物理试卷一、单选题：本题共7小题，每小题4分，共28分 (共7题)第(1)题2023年4月12日，我国“人造太阳”之称的全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）创造了新的世界纪录，成功实现稳定态高约束模式等离子体运行403秒。

其内部发生轻核聚变的核反应方程为，释放出能量，一段时间后测得反应物的质量亏损了，光速为c、下列说法正确的是（ ）A．x是粒子，穿透能力强电离能力弱B．这段时间内，轻核聚变释放的能量为C．x粒子最早由汤姆孙通过实验发现的D．轻核聚变质量亏损，则轻核聚变过程中质量数不守恒第(2)题电源的效率定义为外电路电阻消耗的功率与电源的总功率之比．在测电源电动势和内电阻的实验中得到的实验图线如图所示，图中U为路端电压，I为干路电流，a、b为图线上的两点，相应状态下电源的效率分别为、．由图可知、的值分别为A．、B．、C．、D．、第(3)题如图所示，、是倾角均为30°的两斜面，某同学（可看成质点）从斜面上A点分别以速度、、沿水平方向跳出，分别落在、、三点，落地时速度分别为、和。

该同学受到的空气阻力忽略不计，已知重力加速度为，。

下列说法正确的是（ ）A．、的方向和方向间的夹角不同B．、的方向和方向间的夹角相同C．D．第(4)题2023 年 1 月 21 日，神舟十五号 3 名航天员在400km 高的空间站向祖国人民送上新春祝福。

空间站的运行轨道可近似看作圆形轨道Ⅰ，椭圆轨道Ⅱ为神舟十五号载人飞船与空间站对接前的运行轨道，已知地球半径为R，两轨道相切与P 点，地球表面重力加速度大小为g，下列说法正确的是（）A．轨道Ⅰ上的线速度大小小于第一宇宙速度B．神舟十五号载人飞船在轨道Ⅰ上P 点的加速度小于在轨道Ⅱ上P 点的加速度C．神舟十五号载人飞船在 P 点经点火减速才能从轨道Ⅱ进入轨道ⅠD．轨道Ⅰ上的神舟十五号载人飞船想与前方的空间站对接，只需要沿运动方向加速即可第(5)题如图所示，在平面直角坐标系中，有方向平行于坐标平面的匀强电场，其中坐标原点O处的电势为0V，点A处的电势为6V，点B处的电势为3V，则电场强度的大小为（ ）A．B．C．D．第(6)题距地面高5m的水平直轨道上A、B两点相距2m，在B点用细线悬挂一小球，离地高度为h，如图所示.小车始终以4m/s的速度沿轨道匀速运动，经过A点时将随车携带的小球由轨道高度自由卸下，小车运动至B点时细线被轧断，最后两球同时落地.不计空气阻力，取重力加速度的大小g＝10 m/s2.可求得h等于( )A．1.25m B．2.25m C．3.75m D．4.75m第(7)题下列关于地球同步卫星的说法正确的是（ ）A．地球同步卫星相对地心是静止的B．地球同步卫星运动的速度不变C．研究地球同步卫星的运动轨迹时不能将其看成质点D．地球同步卫星的位置坐标不发生变化二、多选题：本题共3小题，每小题6分，共18分 (共3题)第(1)题在一小型交流发电机中，矩形金属线圈的面积为，匝数为，线圈总电阻为，在磁感应强度为的匀强磁场中，绕轴（从上往下看逆时针转动）以角速度匀速转动，从如图甲所示的位置作为计时的起点，产生的感应电动势随时间的变化关系如图乙所示，矩形线圈与阻值为的电阻构成闭合电路，下列说法中正确的是（ ）A．在时间内，穿过线圈的磁通量的变化量大小为B．在时间内，通过电阻电流方向先向上然后向下C．时刻穿过线圈的磁通量的变化率大小为D．在时间内，通过电阻的电荷量为第(2)题如图所示，支架固定在水平地面上，竖直杆上穿过一个小球，横杆上固定一个定滑轮，跨过定滑轮的细绳一端系在小球上，另一端系在小水桶上，系统处于平衡状态，小水桶底部密闭不严，里面的水慢慢渗漏下来。

都说⼤科学装置，到底⼤科学装置是个啥？什么是⼤科学装置？近年来，⼤科学装置屡屡在媒体报道中出现，合肥综合性国家科学中⼼建设也与⼤科学装置密切相关，那么什么是⼤科学装置？⼤科学装置⼜被称为国家重⼤科技基础设施，是指通过较⼤规模投⼊和⼯程建设来完成、建成后需长期稳定运⾏和持续开展科学技术活动，以实现重要科学技术和公益服务⽬标的国家⼤型基础设施。

中国科学院是承担我国⼤科学装置建设和运⾏的主要⼒量，截⽌2019年底，建设完成并投⼊运⾏的设施20个，在建设施12个。

中科院⼀批⼤科学装置的成功运⾏，取得了丰硕成果，在国家科技发展中发挥重要作⽤。

中科院合肥研究院的⼤科学装置2017年，合肥市获批建设全国第⼆个综合性国家科学中⼼，也是我国⼤科学装置最为集中的城市之⼀。

其中，中科院合肥研究院现有3个⼤科学装置(运⾏2个，在建1个)，正在预研2个⼤科学装置。

的⼤科学装置！今天⼩编就带⼤家了解下合肥研究院的⼤科学装置！今天⼩编就带⼤家了解下合肥研究院全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST）什么是“核聚变”？核聚变就是⼩质量的两个原⼦核合成⼀个⽐较⼤的原⼦核，太阳就是依此⽽释放出巨⼤的能量。

聚变能由于具有清洁、环保、安全、原材料储量极其丰富等优点，被认为是最终解决⼈类能源问题的战略能源。

世界各国尤其是发达国家都在不遗余⼒地开展受控核聚变的研究。

磁约束是实现受控核聚变的⼀种途径。

通过多种⽅式将⼀定量的核聚变燃料加热到超过1亿摄⽒度的⾼温，在如此⾼的温度下，原⼦被完全电离，与电⼦⼀起形成等离⼦体。

带电粒⼦受到磁场的束缚，只能沿着磁感线运动，因此可以⽤磁容器构建反应室，使⾼温核聚变燃料不与反应器壁接触，最终实现受控核聚变反应。

托卡马克是⼈类为了开发核聚变能⽽研制的⼀种实验装置，最先由俄罗斯科学家提出。

它是磁约束的⼀种形式。

为了获得更加稳定的约束磁场，⼈们利⽤超导磁体来产⽣约束等离⼦体的磁场，维持托卡马克的稳态运⾏。

⼩编说到这⾥，各位都明⽩什么是全超导托卡马克核聚变实验装置了吧。