聚变能源研究的新动向:紧凑型聚变装置

【作者】 杨显俊； 孙奇志； 孙玄； 潘垣；

【机构】 北京应用物理与计算数学研究所； 中物院流体物理研究所； 中国科技大学； 华中科技大学；

【摘要】 经过近六十多年的探索,人类在可控热核聚变领域的研究积累了丰富宝贵的经验,取得了举世瞩目的进展,这归功于目前可控热核聚变研究的主流方向:磁约束聚变（MCF）和惯性约束聚变（ICF）途径。基于目前的认识,这两种途径在最终实现聚变能源的问题不存在科学技术工程上不可逾越的障碍,但这两种主流聚变途径离真正的商业化应用进程却还很漫长。近期国际聚变能源研究领域出现新的发展动态,以美国为代表的国家实验室、军火商、民间机构纷纷推出各种各样的紧凑型商业化聚变能源研究方案及装置,引起了国际社会各界的广泛关注和热烈讨论,掀起了紧凑型聚变能源装置研究的新一轮浪潮。国际上磁惯性约束聚变途径研究的新进展及众多紧凑型聚变能源装置的出现,激发我国聚变研究学者的研究热情,目前已在iii国内涌现出了代表性的紧凑聚变能源研究装置,如中国科技大学提出的KMAX聚变能源研究平台、华中科技大学提出的聚变能源绝热压缩强中子源装置以及中国工程物理研究院提出的利用等离子团碰撞融合后内爆压缩可能实现热核聚变点火装置。本报告针拟对这三种聚变能源研究装置进行简短评述,接着重点报告中物院的聚变能源点火装置提出的背景及构想,并回顾在过去五年内中物院初步实施此点火方案所取得的进展情况,包括反场构型的高温磁化等离子体靶达到已经取得了3X10¹⁶/cm³,200e V,3μs的国际先进指标、用于压制带电粒子热传导以及沉积α粒子能量的超强磁场已经达到了1400Tesla,使我国步入国际超强兆高斯俱乐部、用于驱动源的紧凑型爆磁脉冲驱动源装置到达10MAμs的量级10MA数微秒上升前沿的新指标,与此同时,点火可行性的理论研究以及具有独立知识产权的描述反场构型的高温磁化等离子体形成以及高速传输的二维数值模拟程序业已建成,并在与反场构型磁化等离子体形成实验分析及设计中发挥了一定的作用;报告最后对中物院下一步的紧凑聚变点火研究计划进行了展望。更多还原