為什么中國現(xiàn)在的核聚變研究主要集中在四川成都和安徽合肥？看完你會有答案的。文中提到了箍縮、磁鏡等專業(yè)術(shù)語將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)介紹?
上一章重點講了受控核聚變的發(fā)展歷程，有人說，你講了這么多，沒講到中國，今天我們就專門捋一捋中國的核聚變發(fā)展歷程，這樣有助于你對關(guān)于中國人造小太陽的碎片化信息有個整體的認(rèn)識，咱們開始吧！
受控核聚變中國發(fā)展史
1、準(zhǔn)備階段
出乎意料的是，中國的受控核聚變研究并沒有明顯落后于其他先發(fā)國家，早在1955年，錢三強(qiáng)和剛留美歸來的李正武便提議開展中國的“可控?zé)岷朔磻?yīng)”研究。
1957 年，我國派北京大學(xué)的胡濟(jì)民和原子能研究所（即后來的中國原子能科學(xué)研究院）的李正武參加了在威尼斯召開的第三屆氣體電離現(xiàn)象的國際會議。當(dāng)時在這系列的學(xué)術(shù)會議上發(fā)表了一些關(guān)于高溫等離子體和聚變研究的報告。
一般認(rèn)為，我國真正開始進(jìn)行聚變研究的年份是 1958 年。在這一年，原子能研究所、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中科院物研所、電工研究所等單位組織人員學(xué)習(xí)理論，并開始建立實驗設(shè)備，一般是箍縮類的放電裝置。轉(zhuǎn)年，中科院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所和西安電容器廠也分別開始試制聚變實驗所必需的高速相機(jī)和脈沖變壓器。
1958 年，原子能研究所建立了 一臺 Z 箍縮裝置，稱為“雷公”，轉(zhuǎn)年，又研制一臺脈沖壓縮磁鏡（當(dāng)時叫磁籠），稱為‘‘小龍”，此時，列夫·阿蒂西莫維奇（Lev Artsimovich）、阿納托利·弗拉索夫（Anatoly Vlasov）等著名的蘇聯(lián)核物理專家來到中國講學(xué)，為當(dāng)時中國的核物理發(fā)展提供了幫助。
在中國科學(xué)院物理研究所，這一階段的研究工作是在孫湘領(lǐng)導(dǎo)下進(jìn)行的。她曾主持研制了我國第一臺真空紫外光譜儀。在此工作基礎(chǔ)上，她領(lǐng)導(dǎo)的小組先后研制了 Z 箍縮和角向箍縮裝置，并進(jìn)行了一些等離子體光譜學(xué)研究。
1962 年黑龍江原子核研究所建成一臺小型角向箍縮裝置。同年，盧鶴線、周同慶、許國保編著的《受控?zé)岷朔磻?yīng)》出版。這本一千多頁的巨著基本囊括了當(dāng)時的主要磁約束聚變文獻(xiàn)的內(nèi)容。
1959 年， 1962 年和 1966 年，先后召開了三次磁約束聚變研究的全國性學(xué)術(shù)會議，分別在哈爾濱和北京舉行，當(dāng)時稱為“電工會議”。以上為我國聚變研究的準(zhǔn)備時期，側(cè)重知識的積累、研究工程和宏觀物理問題。
2、整合時期
1965 年，東北技術(shù)物理研究所（原黑龍江原子核研究所）與原子能研究所十四室合并，開始遷往四川樂山，稱西南五八五所，即現(xiàn)在的核工業(yè)西南物理研究院的前身。
他們在 1971年組裝了一臺仿星器“凌云”裝置，并用電子束研究了其中的磁面結(jié)構(gòu)。1975 年，該所建成超導(dǎo)磁鏡“303”，為當(dāng)時國內(nèi)最大的聚變裝置。
1966 年舉行的第三次電工會議建議中科院進(jìn)行聚變研究。中科院物理研究所于 1968 年建成一臺角向箍縮裝置，并于下一年在這一裝置上觀察到熱核聚變中子。
從 1972 年起，中科院開始在合肥籌建受控聚變研究基地。1974 年，中科院物理研究所建成一臺托卡馬克裝置CT-6 ，后升級為 CT-6B 。?
1975年合肥的中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)設(shè)立等離子體物理專業(yè)。 1978 年位于合肥的中科院等離子體物理研究所正式成立。他們研制和運行了一臺空芯托卡馬克 HT-6B。
以上為我國聚變研究的整合時期， 主要成果是奠定了樂山、合肥兩個聚變研究基地， 主要研究方向轉(zhuǎn)向托卡馬克。這一時期也為后來的發(fā)展在技術(shù)和人才上做了準(zhǔn)備。
這一段時期主要是工程上進(jìn)步明顯，由于國內(nèi)工部門的支持，不銹鋼波紋管、氮質(zhì)譜檢漏儀、渦輪分子泵、濺射離子泵、四極質(zhì)譜計等聚變研究必要器材作為產(chǎn)品相繼問世。電源技術(shù)、焊接技術(shù)、大功率微波技術(shù)在這一時期也得到較快發(fā)展。但是診斷技術(shù)、數(shù)字技術(shù)較滯后，所以物理研究相對薄弱。這一時期的后期開始了和國外的學(xué)術(shù)交流。
發(fā)展時期
接下來的發(fā)展則主要由核工業(yè)西南物理研究院和中國科學(xué)院等離子體物理研究所這兩家機(jī)構(gòu)主導(dǎo)。
1984 年，核工業(yè)西南物理研究院成功研制 HL-1（環(huán)流器一號）裝置。同年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所成功研制空芯變壓器托卡馬克 HT-6M 裝置。此后，聚變研究納入國家 863 計劃，開展了輔助加熱、電流驅(qū)動、聚變裂變混合堆等先進(jìn)研究課題，進(jìn)一步開展和加強(qiáng)了國際交流與合作。
1991 年，合肥，中國科學(xué)院等離子體物理研究所將蘇聯(lián)的 T-7 裝置改建為我國第一臺超導(dǎo)托卡馬克 HT-7（東方超環(huán)EAST的前輩）。?
1994 年，核工業(yè)西南物理研究院將 HL-1 升級為 HL-1M（環(huán)流器新一號）。
2002 年，核工業(yè)西南物理研究院利用原來德國的軸對稱轉(zhuǎn)化器實驗裝置（?ASDEX ，Axially Symmetric Divertor Experiment）裝置主體改建為 HL-2A （環(huán)流器二號 A）裝置。
1999 年正式動工建設(shè)，2002 年 11 月中旬獲得初始等離子體。HL-2A裝置的使命是研究具有偏濾器位形的托卡馬克物理，包括高參數(shù)等離子體的不穩(wěn)定性、輸運和約束，探索等離子體加熱、邊緣能量和粒子流控制機(jī)理，發(fā)展各種大功率加熱技術(shù)、加料技術(shù)和等離子體控制技術(shù)等，通過對核聚變前沿物理課題的深入研究和相關(guān)工程技術(shù)發(fā)展。
HL-2A裝置大功率加熱系統(tǒng)包括電子回旋加熱、低雜波和中性束注入系統(tǒng)。電子回旋共振系統(tǒng)用6個回旋管作為微波源，最大功率為3 MW，中性粒子束系統(tǒng)的注入功率為3 MW，中性粒子能量為30—50 keV，HL-2A裝置自運行以來，取得了很多新的研究成果。除了在電子回旋加熱實驗中獲得了4.9 keV的電子溫度，在中性束加熱條件下得到了2.5 keV的離子溫度等高參數(shù)。
2003 年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所和清華大學(xué)合作，建成一臺球形托卡馬克SUNIST(Sino-United Spherical Tokamak）。華中科技大學(xué)將美國的 TEXT 裝置引進(jìn)國內(nèi)，稱為 J-TEXT 裝置。隨后，浙江大學(xué)和北京大學(xué)等校也開展了理論和數(shù)值方面的研究工作。同時，我國開始申請加入 ITER 計劃，并于2005年正式加入。
2006 年，中國科學(xué)院等離子體物理研究所成功建成了一臺先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克實際裝置（EAST，Experimental? Advanced? Superconducting? Tokamak），又名東方超環(huán)。這一年的 10 月，第 21 屆國際聚變能大會在成都召開，為這一系列的會議首次在中國召開。
EAST 裝置主機(jī)部分高 11 m、直徑 8 m、重400 t，由超高真空室、縱場線圈、極向場線圈、內(nèi)外冷屏、外真空杜瓦、支撐系統(tǒng)等6大部件組成，EAST裝置真空室的形狀為D形(非圓截面)。同國際上其他托卡馬克裝置相比，其獨有的非圓截面、全超導(dǎo)及主動冷卻內(nèi)部結(jié)構(gòu)3大特性使其更有利于實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)長脈沖高參數(shù)運行，EAST位形與ITER相似且更加靈活。EAST裝置裝備了30 MW以上的輔助加熱和電流驅(qū)動系統(tǒng)以及近80項診斷系統(tǒng)，絕大多數(shù)系統(tǒng)均具備高參數(shù)穩(wěn)態(tài)運行的能力。
EAST建造至今，創(chuàng)造了很多另世界矚目的紀(jì)錄，建成以來已開展實驗 96000 余次，曾獲得了1兆安培的可重復(fù)等離子體電流，這是目前全世界最高。
先后實現(xiàn)了電子溫度１億度（中心1500萬度）１０１．２秒長脈沖轉(zhuǎn)移等離子體放電；中心電子溫度 1 億度 10 秒等離子體運行，電子溫度大于2000萬度，411 秒約束等國際重大突破。
目前，EAST 正在進(jìn)行新一輪升級改造，在尖端材料、關(guān)鍵部件、主要子系統(tǒng)等方面實施一系列重大提升，并將向芯部電子溫度1 億攝氏度 100 秒長脈沖運行目標(biāo)發(fā)起沖擊。
從2009 年開始， ITER 的國內(nèi)專項啟動，有力地支持了國內(nèi)的聚變研究，更多的大學(xué)和和其他學(xué)術(shù)單位加入了聚變研究的隊伍，各項研究工作取得很大進(jìn)展。我國聚變事業(yè)從此進(jìn)入新的發(fā)展時期。
新征程
進(jìn)入到新時期，中國核聚變制定了清晰的近中遠(yuǎn)期目標(biāo)。
近期目標(biāo)：從2010－2020年，建立接近堆芯級穩(wěn)態(tài)等離子體實驗平臺，吸收消化、開發(fā)和儲備后ITER時代聚變堆關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計并籌建200~1 000兆瓦中國聚變工程實驗堆（CFETR）．
中期目標(biāo)從：2020－ 2035年，建設(shè)、研究和運行聚變堆；
遠(yuǎn)期目標(biāo)從：2035－2050年，發(fā)展聚變電站。
怎么說呢，好好活到２０５０年聚變時代吧
目前中國核聚變的發(fā)展可以說是穩(wěn)步的按照這個戰(zhàn)略在前進(jìn)，中國憑借東方超環(huán)和環(huán)流器２A方面積極的經(jīng)驗，更重要的是中國綜合國力的提升，加入了ITER國際俱樂部。
１、深度參與ITER
受控核聚變的研究與工程實現(xiàn)直接相關(guān)，你搞多大規(guī)模的等離子體研究，最好的辦法是建多大規(guī)模的等離子體約束裝置，這需要強(qiáng)大的基建能力，中國正好是基建狂魔，在工程施工方面的推進(jìn)速度非?？?，所以中國加入ITER后也中標(biāo)了很多ITER關(guān)鍵部件的施工制造。
比如，中國成功中標(biāo)ITER托卡馬克主機(jī)TAC-1安裝標(biāo)段工程，這是ITER托卡馬克主機(jī)最重要的核心設(shè)備安裝工程，也是自我國參與ITER計劃以來通過國際競標(biāo)獲得的金額最大的工程建造項目。TAC-1安裝標(biāo)段裝配子任務(wù)有400余項，現(xiàn)場裝配的部件數(shù)以萬計，精度要求高，標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)苛。與托卡馬克主機(jī)最核心的部件超導(dǎo)磁體和饋線系統(tǒng)相關(guān)的任務(wù)就有240余項。
同時中國承擔(dān)制造了最大的場外構(gòu)件6號極向場線圈合同，以及極向場線圈導(dǎo)體、環(huán)形場線圈導(dǎo)體、第一壁、氚增殖模塊等15個采購包，并積極向ITER輸送中國的專家參與科技攻關(guān)。
由于深度參與ITER項目，中國的超導(dǎo)技術(shù)、高功率連續(xù)波加熱、遙控機(jī)器人維護(hù)、大型低溫系統(tǒng)和大型電源等方面獲得了快速發(fā)展，并進(jìn)入國際一流行列。
２、建造中國環(huán)流器２M（HL－２M）
“中國環(huán)流器二號M（HL-2M）從2007年就開始設(shè)計，建造它就是要與ITER同步開展研究，吸收消化ITER實驗成果，并為中國自己的CFETR提供技術(shù)準(zhǔn)備。建造的主要技術(shù)、目是開展第一壁和高溫等離子體控制研究，從參數(shù)上來講，可以看成是一個縮小版的ITER，所以被稱為ITER的衛(wèi)星裝置，或者你可理解為ITER的模擬器，相比于ITER也更加靈活。
HL－２M是核工業(yè)西南物理研究院建造的第四個托卡馬克裝置，相對于上一代HL－２A，主要體現(xiàn)在加熱功率上的大幅提升，將會進(jìn)行電子回旋（功率達(dá)到2 MW）、中性束注入（功率達(dá)到8—10 MW)等多種加熱方式的研究，加熱功率的提升將可使?fàn)t內(nèi)的離子溫度達(dá)到１．５億度以上。
裝置帶有獨特的先進(jìn)偏濾器位型，可進(jìn)行高功率、高熱負(fù)荷、強(qiáng)第一壁作用條件下，粒子、熱流、氦灰的有效排除方法和手段的研究。大半徑小半徑較之HL－２A均有提升，所以，等離子體積是現(xiàn)有裝置的2倍。
３、建造中國聚變工程實驗堆
(CFETR，China Fusion Engineering Test Reactor)
中國聚變工程實驗堆(CFETR，China Fusion Engineering Test Reactor)是在吸收消化東方超環(huán)（EAST)和國際熱核聚變實驗堆(ITER)設(shè)計經(jīng)驗，以及中科院等離子體物理研究所多年托卡馬克聚變裝置主機(jī)設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上提出的重大科學(xué)工程，目標(biāo)直指聚變商業(yè)發(fā)電，比肩國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆（ITER），聚變功率增益、發(fā)電功率等設(shè)計參數(shù)超過ITER。
CFETR一期目標(biāo)要實現(xiàn)聚變功率增益（輸出/輸入）Q>=5，功率達(dá)到20萬千瓦的長脈沖燃燒等離子體約束；
二期調(diào)試沖擊Q>=10，100萬千瓦，為純聚變電站打下基礎(chǔ)。
4、理論端開始發(fā)力
根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2007-2016年近10年以來，中國在核聚變領(lǐng)域每年的發(fā)文量位列全球第三（第一美國、第二德國），特別是近幾年論文數(shù)量增長迅速，2015年接近美國，2016年超過美國！從主要機(jī)構(gòu)發(fā)文來看，中國科學(xué)院整體在該領(lǐng)域的發(fā)文量排名第二（第一是美國通用原子公司），下屬研究機(jī)構(gòu)中發(fā)文量最多的是合肥物質(zhì)科學(xué)研究院和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
可以預(yù)見，隨著EAST、HL-2M和CFETR為主的中國核聚變實驗工程的支撐，中國在受控核聚變領(lǐng)域的理論發(fā)展速度將會更快。
好了，從下一章開始，將正式介紹與核聚變有關(guān)的理論，回過頭來再看看一些看得不是很明白的專有名詞，你會更有收獲的。
