国家磁约束核聚变能发展研究专项
国家磁约束核聚变能发展研究专项2013年
项目申报指南和申报要求
一、项目指南
1. EAST长脉冲高功率NBI的关键技术和实验研究
在EAST上发展4MW大于10秒的长脉冲中性束加热系统，特别是研制出能可靠用于长脉冲条件下的兆瓦级稳态离子源，并利用该系统在EAST托卡马克上开展离子加热、电流驱动、约束改善等物理实验。研究在长脉冲中性注入加热条件下的等离子体行为和机理。
2. 利用多功能内部线圈控制ELM和RWM的关键技术和实验
针对ITER未来第一类ELM和高磁比压下RWM（电阻壁模）控制的关键科学与技术问题，开展利用多功能内部线圈实现对等离子体一类ELM和RWM控制的物理模拟、线圈关键技术预研、线圈研制以及实验所涉及的关键科学技术问题开展研究，其重点是在托卡马克上实现利用内部线圈对一类ELM和RWM控制，为未来ITER提供有用的参考。
3. 大功率电子回旋共振加热新技术研究
开展大功率回旋管无氦超导磁体运行技术应用，多管高压平衡与微波输出功率平衡以及高频调制技术的研究；研究大功率集束天线阵技术，环向与极向实时联合控制技术；研究大功率真空传输技术，微波极化参数实时控制技术；开展PSM电源技术、高压建立、固态开关、快速调整与保护技术的研究。
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4. HL-2A装置高能量粒子物理研究
在HL-2A装置上利用大功率加热手段（ECRH、NBI、LHCD）
对高能量粒子（包括高能电子和高能离子）的约束、输运、不稳定性进行实验研究和理论、数值模拟研究。了解高能量粒子驱动阿尔芬本征模、快粒子模及造成快粒子损失的机制，探索克服这些不稳定性及快粒子损失的对策；研发具有高空间、时间及能量分辨的高能电子及高能离子诊断；改进加热系统使之满足高能量粒子物理实验的需要；发展数值模拟编码对高能量粒子相关实验现象进行分析和研究。
5. 长脉冲条件下高热负荷的有效控制关键技术和实验研究
开展针对未来ITER运行时，长时间10MW/m2热负荷苛刻条件下等离子体安全运行的关键技术和物理问题研究，开展能快速控制、移除10MW/m2热负荷以及高能量粒子流的关键技术预研、技术集成，以及在托卡马克上开展实验，探索在长脉冲条件下对高热负荷、高粒子通量有效控制的手段，发展实现有效控制的新方法，通过实验和模拟的对比研究其机理。
6. 高性能托卡马克芯部等离子体输运和稳定性研究
针对未来ITER相关的高性能托卡马克芯部等离子体输运和稳定性及其相关的物理过程开展研究，主要包括：加热和电流驱动以及加料的基本过程研究，特别是射频波驱动环向旋转的机理研究；利用加热和电流驱动手段控制等离子体参数（压强、电流密度、动量、电子和杂质密度等）的剖面分布，研究其对输运和稳定性特征的影响，特
别是与环向旋转的关系；符合ITER运行模式要求的稳态、高性能芯
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部等离子体约束模式的探索，及其稳定性特性研究。
7. ITER基本运行方案物理基础研究
针对ITER基本参考运行模式，对伴有第一类边界局域模（ELM）的H模物理及其相关的与壁相互作用开展研究，主要包括：L-H模转换机理及H模可近性条件的优化；ELMs的产生机理，可有效地运用于ITER 的ELMs缓解和控制方法及其机理；台基区输运和不稳定性特征，及其对台基结构和演化动力学的影响；小/无ELMs高约束稳态运行模式；在第一类ELM条件下等离子体与壁相互作用，稳态条件下粒子流和热流行为及其控制，粒子再循环和滞留等物理过程。
8. 氚增殖包层关键科学技术的研究
针对ITER以及未来我国聚变工程实验堆氚增殖包层的科学技术目标与需求，重点开展固态TBM模块工程设计、1/2模块制造和特殊加工连接工艺研发及认证;开展液态铅锂合金工艺及其服役（流动、传热、腐蚀等）性能研究，以及结构材料（RAFM）研制、性能测试和辐照测试；开展中子倍增剂规模研发、制造和测试（包括辐照测试）；开展TBM涉氚系统工程设计及关键技术研发，开展涉氚系统原理性样机的设计制造及相关实验；建立固态增殖剂的反应堆在线产氚考核实验平台，开展氚增殖剂材料堆内辐照及在线氚提取测试，提出TBM 设计候选固态增殖剂的评价准则，获得满足TBM产氚包层设计要求的百公斤级固态增殖剂；开展过热蒸汽水冷固态增殖剂包层设计，包括水冷包层增殖剂优化、高效能量转换、氚提取等新方法新工艺的技
术研究。
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9. 托卡马克等离子体与壁材料相互作用研究
紧密结合EAST、HL-2A等国内大中型托卡马克，面向ITER与
中国聚变实验堆CFETR，深入研究等离子体与钨基壁材料相互作用理论规律、物理机制、相关技术以及深入的实验研究，包括边界等离子体输运及偏滤器行为、边界等离子体原子分子过程、壁材料等离子体辐照效应和高热负荷效应、氢同位素滞留与输运、壁表面刻蚀和再沉积原位诊断技术、托卡马克实验等。
10. 磁约束聚变工程关键问题研究
针对未来聚变堆的关键技术、方法、工艺和部件，发展有自主知识产权的关键技术和部件，为未来我国建堆奠定必要技术储备。重点发展聚变堆大型超导磁体的力学分析方法、发展聚变堆低温气体透平、阻氚涂层、先进氚增殖剂、涉氚泵及阀门用密封材料、大容量高选择性涉氚吸附剂、高性能透氢材料等关键涉氚材料的设计与制备工艺研究、兆瓦级长脉冲回旋管关键部件（电子枪、高频腔、金刚石窗口）、高温超导线材及导体研制及性能研究，聚变堆诊断关键探测器件等。
11. 托卡马克大规模数值模拟
针对EAST和HL-2A/M物理实验、ITER运行优化和实验规划、聚变工程堆集成设计等，开展相应的托卡马克主要物理过程的大规模数值模拟研究，重点研究高约束模下的输运与不稳定性，快粒子物理，波加热和电流驱动、边界等离子体过程等。针对重点物理问题，自主
开发基于第一性原理的托卡马克大规模模拟程序；集成完整实用的建
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模程序，为HL-2A/M和EAST实验提供等离子体性能的整体预测。
建设“磁约束聚变大规模数值模拟合作平台”，为聚变模拟提供高性能科学计算支持。
12. 磁约束聚变物理前沿问题研究
针对磁约束聚变前沿物理问题及未来ITER物理实验的重要内容，开展物理理论、实验分析、数值模拟、诊断探测。鼓励新概念、新方法的探索研究，鼓励开展广泛的国内外合作，鼓励以国内主要装置作为实验平台开展联合试验，鼓励培养和锻炼年青的等离子体物理人才队伍。
13. 磁约束聚变堆内部件关键技术问题研究
研究等离子体破裂时瞬态电磁载荷与面向等离子体部件以及包层结构部件相互作用的机理；研究瞬态电磁与热冲击综合作用下面向等离子体部件、包层结构多场耦合力学特性以及减缓瞬态电磁与热冲击破坏的方法；研究包层内高压氦气/高温液态锂铅多流场耦合及其与低活化钢结构强化换热与协同机制；研究面向等离子部件、包层结构损伤、焊接界面开裂与扩展特性等的检测与评价方法。
14. 液态锂在未来聚变装置应用的探索研究
针对未来液态偏滤器的可能应用，重点研究液态锂金属在强磁场下的MHD行为的理论与实验研究；开展液态金属在强磁场条件下形成大面积、稳定均匀流动的机理、表面形态及参数的测量以及台面试验；开展在托卡马克等离子体条件下的液态锂第一壁的实验研究；开
展大规模液态锂在未来反应堆条件下安全风险分析及对策的理论与
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台面试验研究。
二、申报要求
1. 申报单位应针对指南所明确的内容和目标组织项目，注意吸收国内其他优势单位参加。研究队伍要精干、结构合理，体现优势集成。注意队伍规模适度和组织管理的有效性。
2. 申报单位在申报项目时应推荐项目负责人，每个项目只能推荐一名项目负责人。项目负责人应具有较高的科研水平、组织协调能力和良好的信誉，能够将主要时间和精力用于项目组织、协调与研究工作，年龄不超过60岁。
3. 申报单位应按规定格式编写项目申请书。项目申请书不能附加任何个人或学术组织对所申报项目的评价意见。要如实反映项目申报单位已有的工作基础和研究条件，如实反映申报项目与有关国家科技计划在研项目关系。
4. 指南方向1-3的项目，属于国内两大托卡马克装置能力建设，执行期为3年。指南方向4-14的项目，执行期为5年，参照《国家重点基础研究发展计划管理办法》，实行“2+3”管理模式。申报单位应依据项目执行期的要求编写项目申请书。
5.“磁约束聚变物理前沿问题研究”项目以课题形式申报，申请人按规定格式编写课题申请书，申请人年龄不得超过45周岁。
6. 项目只设课题，课题下不设置子课题。每个课题的承担单位不超过2个，课题负责人为1人。项目和课题负责人每年投入项
目工作时间不少于6个月，其他研究人员每年投入项目时间不少于
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3个月。
7. 项目申报人员应遵守《国家科技计划项目承担人员管理的暂行办法》的有关规定，已作为项目（课题）负责人承担国家科技计划项目人员不能作为项目和课题负责人参加本次项目申报；作为主要参加人员同期参与承担国家科技计划项目（课题）数不超过2项。
8. 项目申报者应遵守《国家科技计划项目评估评审行为准则与督察办法》，如有违规，科技部将予以处罚。
三、项目申请书格式（附后）
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国家磁约束核聚变能发展研究专项
项目申请书
项目名称：
申报单位：
项目负责人：
申报日期：
中华人民共和国科学技术部制
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项目摘要（1,000字左右）
简述开展项目研究的重要性和必要性、拟解决的关键问题、主要研究内容和目标、课题设置。
申请书正文（30,000字左右）
一、立项依据
开展项目研究的重要性和必要性。
二、国内外研究现状和发展趋势
国际最新研究进展和发展趋势，国内研究现状和水平，相关研究工作取得突破的可能性等。
三、拟解决的关键科学技术问题和主要研究内容
详细阐述围绕国家磁约束核聚变能发展研究专项任务所要解决的科学技术问题。主要研究内容要围绕关键问题，系统、有机地形成一个整体来详细阐述，重点要突出，避免分散或拼盘现象。
四、阶段性目标和总体目标
详细阐述项目的总体目标和阶段性目标，要有具体、可考核的考核指标。
五、总体研究方案
结合主要研究内容阐述学术思路、技术途径及其创新性，与国内外同类研究相比的特色和取得突破的可行性分析等。
六、课题设置
围绕项目所要解决的关键问题、研究重点和预期目标合理设置
课题。说明课题设置的思路、各课题间的有机联系以及与项目预期
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目标的关系；详细、具体叙述各课题的名称、主要研究内容和目标、
承担单位、课题负责人及主要学术骨干和经费比例等。
七、现有工作基础和条件
1.项目承担单位在所申报项目相关研究方面的工作基础和取得的主要研究成果。
2.项目实施所具备的工作条件，包括实验平台和大型仪器设备等，国家实验室、国家重点实验室和重大科学工程等重要研究基地在项目中所起的作用等。
3.项目申报单位近五年承担的与所申报项目直接相关的国家科技计划重大、重点项目的完成情况，与所申报项目的关联和衔接。
八、研究队伍
1.研究队伍的规模和结构
研究队伍的规模和结构（年龄、专业、职称等方面的结构，实验技术人员概况等）。研究队伍规模要适度，全时人均资助强度应在20万元/人年以上。
2.推荐项目负责人和课题负责人
分别介绍推荐项目负责人和课题负责人的研究背景。包括：工作简历、主要学术业绩，近五年主持的与申请项目相关的各类国家科技计划项目情况（格式见下表），与申请项目相关的代表性论文（不超过5篇）、获得国家和省部级科技奖励以及发明专
利情况。
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姓名：
项目名称所属
计划
项目经费
（万元）
起止
年月
本人承担
的任务
投入时间
（月/年）
与申报项目
的关系
3.其他中青年学术带头人概况
九、经费预算
序号
科目名称总预算其中：专项经费
（1）（2）（3）
1 一、经费支出
2 1、设备费
3 （1）购置设备费
4 （2）试制设备费
5 （3）设备改造与租赁费
6 2、材料费
7 3、测试化验加工费
8 4、燃料动力费
9 5、差旅费
10 6、会议费
11 7、国际合作与交流费
12 8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
13 9、劳务费
14 10、专家咨询费
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15 11、管理费
16 12、……
17 二、经费来源
18 1、申请从专项经费获得的资助
19 2、自筹经费来源
十、申报单位意见
我单位经过认真审核项目申请书，保证项目申报人资格、研究条件及项目申请书各项内容真实可靠。
单位盖章：
单位负责人签字：
年月日十一、主要学术骨干一览表
姓名性
别
身份证号码
专业技
术职务
专业单位作用
每年工作
时间(月)
说明：1. 身份证号码栏目，现役军人填写军官证号，外籍人员填写护照号。
2. 专业应填目前所从事研究的专业。
3. “作用”指主要学术骨干在项目中的作用，分为“项目负责人”、“课题负责人”、
“学术骨干”。
4. 表中列出的主要学术骨干应与第六部分“课题设置”中一致，并应包括第八部
分“研究队伍”中介绍的所有人员。
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磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学探究
磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学探究 【摘要】新科技革命的到来，现代工业化生活所耗费的能量大部分来源于不可再生能源，这些能源非常有限，一旦耗尽，世界将会面临一场关于能源短缺的浩劫。近年来我国的磁约束核聚变用于工程技术研究和物力体力学研究方面取得了相当可观的成绩，该技术在很大程度上可以解决能源危机问题。本文详细阐述了磁约束核聚变的相关概念，分析了磁约束聚变与关键能量转换部件装置类别，重点介绍了核聚变反应堆以及磁流体力学实践运用。 【关键词】磁约束核聚变；磁流体力学；关键能量转换部件 0.引言 当今世界，无论是工业生产还是日常生活，所用到的能源绝大部分是来源于不可再生的化石燃料资源，这些不可再生的资源非常有限，现今许多国家正面临严峻的能源短缺问题。因此，核聚变能的运用在解决能源危机问题方面意义重大。磁约束核聚变作为可控核聚变的种类之一，在克服核聚变反应物的缺陷时又能够保证散发出强大的能源供应，目前世界各国相继投入了对磁约束核聚变的研究，陆续建立了不同磁场位置和形体的实验装置，重点研究磁约束核聚变关键能量转换部件的磁流体力学。 1.磁约束核聚变概念分析 磁约束核聚变是一种结合磁场引力和高热等离子体能量来实现核聚变反应的高科技，这个步骤的具体做法是，首先对已知燃料进行加热处理，让燃料变成等离子体形态，然后利用磁场引力的作用，抑制住高热等离子中的带电粒子，让带电粒子呈现螺旋状线性运动，最后对等离子体进行再次高温加热，直到发生核聚变反应。 2.磁约束聚变与装置类别分析 在20世纪六、七十年代，磁约束等离子燃烧核聚变研究已经经过了多次尝试和研究，依然取得了许多突破性的进展，世界各国相继创建了许多种功能各异、花样繁多的用于实现磁约束等离子燃烧核聚变反应的科学实验装置，主要有托卡马克、多极场、仿星器、磁场镜等不同磁场位形的装置[1]。这些高科技试验装置的创建目的就是为了研究使磁约束等离子体的稳定性发生改变以及能量损耗的形成原理，并力图寻找出克服高温等离子体不稳定性和能量损耗的方法。为实现磁约束核聚变反应常用的装置是托卡马克装置，这个装置主要起到引流、等离子高温加热等作用，与其它装置相比较而言，托卡马克污染较少、安全性更高、运行稳定等优势。托卡马克是一种圆状环形强力磁场装置（如图1所示），由于其结构造型特殊，圆状环形的强力磁场以及极向磁场的相对稳定作用，使得高温等离子体的稳定性加强，抑制高温等离子体中带电粒子的消耗，并且通过高温等离子体中的带电粒子实现对等离子体的抑制、稳定以及运动方向等方面的控制，采用中性束摄入以及高温频率波加热装置对等离子体进行控制，将等离子体中带电粒子电流维持在未消耗状态。目前托卡马克已经成为磁约束反应研究的重点使用装置，并将成为最有可能实现核聚变反应走向商业化运作的有效途径。
国际核聚变研究开发的现状和发展趋势_希物
中国核工业 ＺＨＯＮＧＧＵＯＨＥＧＯＮＧＹＥ中国核工业 ＺＨＯＮＧＧＵＯ ＨＥ ＧＯＮＧＹＥ ２００６年?第１２期?总第７６期 国际磁约束核聚变研究始于上世纪５０年代。国际上将核聚变研究的发展分为六个阶段，即：原理性研究阶段、规模实验阶段、点火装置实验阶段（氘氚燃烧实验）、反应堆工程物理实验阶段、示范反应堆阶段、商用化反应堆阶段。总体上看，国际磁约束核聚变界正处在点火装置和氘氚燃烧实验阶段，并逐步向反应堆工程实验阶段过渡。 上世纪９０年代，国际磁约束核聚变研究取得了突破性的进展，获得了聚变反应堆级的等离子体参数，初步进行的氘－氚反应实验，得到１６兆瓦的聚变功率。可以说，磁约束核聚变的科学可行性已得到证 实，有可能考虑建造“聚变能实验堆”，创造研究大规模核聚变的条件已经成熟。国际聚变研究在完成科学可行性验证后已于１９９６年正式定位为核聚变能源开发，其显著标志是国际原子能机构（ＩＡＥＡ）等离子体物理和受控核聚变研究国际会议于１９９６年正式更名为国际聚变能源大会。 近十年来，各国在托卡马克装置上的核聚变研究不断取得令人鼓舞的进展。１９９１年１１月９日，欧共体的ＪＥＴ托卡马克装置成功地实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，在氘氚６比１的混合燃料（８６％氘，１４％氚）中，等离子体温度达到３ 亿摄氏度，核聚变反应持续了２秒钟，产生了１×１０１８个聚变中子，获得的聚变输出功率为０．１７万千瓦，能量增益因子Ｑ值达０．１１～０．１２。虽然高峰聚变功率输出时间仅有２秒，但这是人类历史上第一次用可控方式获得的聚变能，意义十分重大。这一突破性的进展极大地促进了国际托卡马克实验堆计划的开展。 １９９３年１２月９日和１０日，美国在ＴＦＴＲ装置上使用氘、氚各 ５０％的混合燃料，使温度达到３亿～４亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为０．３万千瓦和０．５６万千瓦，大约为ＪＥＴ输出功率的２倍和４ 国际核聚变研究开发的现状和发展趋势 本期专题———关注中国核聚变研究 ◎撰文?希物 特斯拉、等离子体存在时间２９６０毫秒。 我国聚变研究的中心目标是在可能的条件下促使核聚变能尽早在中国实现。因此，参加国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划应该也只能是我国整体聚变能研发计划中的一个重要组成部分。国家将在参加ＩＴＥＲ计划的同时支持与之配套或与之互补 的一系列重要研究工作，如托卡马克等离子体物理的基础研究、聚变堆第一壁等关键部件所需材料的开发、示范聚变堆的设计及必要技术或关键部件的研制等。参加ＩＴＥＲ计划将是我国聚变能研究的一个重大机遇。 尽管就规模和水平来说，我国核聚变能的研究和美、欧、日 等发达国家还有不小的差距，但是我们有自己的特点，也在技术和人才等方面为参加ＩＴＥＲ计划作了相当的准备。这使得我们有能力完成约定的ＩＴＥＲ部件制造任务，为ＩＴＥＲ计划作出相应的贡献，并有可能在合作过程中全面掌握聚变实验堆的技术，达到我国参加ＩＴＥＲ计划总的目的。 １５
国家磁约束核聚变能发展研究专项
国家磁约束核聚变能发展研究专项 项目申请书 项目名称： 申报单位： 项目负责人： 申报日期： 1
中华人民共和国科学技术部制 2
项目摘要（1,000字左右） 简述开展项目研究的重要性和必要性、拟解决的关键问题、主要研究内容和目标、课题设置。 申请书正文（不超过30,000字） 一、立项依据 开展项目研究的重要性和必要性。 二、国内外研究现状和发展趋势 国际最新研究进展和发展趋势，国内研究现状和水平，相关研究工作取得突破的可能性等。 三、拟解决的关键科学技术问题和主要研究内容 详细阐述围绕国家磁约束核聚变能发展研究专项任务所要解决的科学技术问题。主要研究内容要围绕关键问题，系统、有机地形成一个整体来详细阐述，重点要突出，避免分散或拼盘现象。 四、阶段性目标和总体目标 详细阐述项目的总体目标和阶段性目标，要有具体、可考核的考核指标。 3
五、总体研究方案 结合主要研究内容阐述学术思路、技术途径及其创新性，与国内外同类研究相比的特色和取得突破的可行性分析等。 六、课题设置 围绕项目所要解决的关键问题、研究重点和预期目标合理设置课题。说明课题设置的思路、各课题间的有机联系以及与项目预期目标的关系；详细、具体叙述各课题的名称、主要研究内容和目标、承担单位、课题负责人及主要学术骨干和经费比例等。 七、现有工作基础和条件 1. 项目承担单位在所申报项目相关研究方面的工作基础和取得的主要研究成果。 2. 项目实施所具备的工作条件，包括实验平台和大型仪器设备等，国家实验室、国家重点实验室和重大科学工程等重要研究基地在项目中所起的作用等。 3. 项目申报单位近五年承担的与所申报项目直接相关的国家科技计划重大、重点项目的完成情况，与所申报项目的关联和 4
国家磁约束核聚变能发展研究专项2014年项目申报指南和申报要求【模板】
附件1 国家磁约束核聚变能发展研究专项 2014年项目申报指南和申报要求 一、项目指南 1. EAST内部部件实时检测、分析及快速更换关键技术 通过对三维磁场下粒子轨迹、以及与第一壁材料相互作用的模拟，预测可能的损伤和燃料滞留，发展在真空环境下对东方超环（EAST）内部部件表面形貌的实时监测、表面损失的实时分析、表面损伤小部件快速更换的方法、技术。实现在实验期间，等离子体放电中、放电间的实时测量，以及损伤小部件的智能快速更换。 2. HL-2M装置大功率低杂波系统技术研究 在中国环流器二号M装置（HL-2M）上建成2MW长脉冲低杂波系统，发展高功率相控阵列天线技术，高功率微波传输及测量技术，多管高压平衡与微波输出功率平衡以及快速保护技术。针对HL-2M装置放电特点，优化低杂波系统设计，实现低杂波与等离子体的高效耦合。重点在国内形成3.7GHz大功率微波部件的设计、加工和测试能力，接近或达到国际先进水平。
3. 支持远程参与的稳态先进控制和数据采集系统 针对EAST稳态运行发展新的动力学控制算法，实现先进等离子体位形（如雪花偏滤器位形）的控制，研究先进的支持远程参与和稳态高参数条件下的稳态等离子体控制技术并开展实验研究。发展未来跨洋海量数据的传输、储存、可视化和虚拟化技术，实现准实时的海量数据分析和存储；支持远程国际参与的实验和数据模拟；研究在大规模国际合作的环境中有效的数据存储和数据安全。 4. 聚变材料研究用小型高通量高能氘铍中子源关键问题 针对磁约束核聚变工程用材料的筛选与快速评估，开展小型高通量高能氘铍中子源关键技术研究，包括：通过对超导加速器的束流输运和系统耦合的研究，研制高效、稳定、低束流损失的低β超导加速模块；研制安全、稳定、可靠运转的新型铍靶系统，并探索新型的靶材料；对小型大通量高能氘铍中子源进行整体模拟研究和参数优化设计。 5. CFETR超导模型线圈的关键技术 针对中国聚变工程实验堆（CFETR）超导磁体的关键科学和技术问题，开展对模型线圈的设计与分析、绕制、热处理、绝缘等关键技术问题研究，完成模型线圈的研制。开展针对CFETR实验运行条件下大电流、高磁场变化率条件下的
磁约束
一． 概述 众所周知，以一定速度进入均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。进入非均匀磁场中的带电粒子将如何运动呢？现以典型的喇叭形磁场为例，用一种简明的方法进行分析，阐明了磁约束的基本原理及其在核聚变中的重要应用。 二． 带电粒子在喇叭形磁场中的运动 常见的典型的喇叭形磁场如图15-1所示。 为了方便起见，设图15-1示的磁场是关于Z 轴对称的空间缓变的；喇叭形磁场，它可用下表示 其中 为常数， 和 分别为柱坐标系中Z 轴和径向方向的单位矢量，a 是一个微小的参数，它表达了 随Z 和r 的缓慢变化。 电荷为q ，质量为m 的粒子以一定速度 （假定 之大小远小于真空中的光速） 进入图15-1所示的磁场中，它将如何运动呢？ 现将带电粒子的速度分解为平行于的纵向分量与垂直于的横向分量 。 带电粒子在 的z 分量 作用下，类似 于在均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。但由于 随Z 增大而增强，其回旋
半径将逐渐减小，因此带电粒 子的轨道是一条会聚螺旋线，如图15-2 所示。 磁场的径向分量虽小，但对带电粒子的运动产生十分重要的作用，出现了十分有趣的特征。由径向磁场产生的洛仑兹力为： （2） 其中使带电粒子的横向速度之大小增加，因由 于的空间缓变,甚微，所以为圆柱坐标系中 方向的单位矢量）。 （2）式中第二项以表示，即： （3） (3)式所示之分力与方向相反，将使减小。可见磁场使带电粒 子的增加，减小。然而在稳定的磁场中运动的带电粒子的总动能是不变的。即： 常数（4） 从（4）式出发，由的变化可找出带电粒子横向速度的变化规律。今将（4）式对时间求导数得：（5） 其中
国家磁约束核聚变能发展研究专项2019年度项目申报指南
国家磁约束核聚变能发展研究专项 2019年度项目申报指南 （征求意见稿） 聚变能源由于资源丰富和近无污染，成为人类社会未来的理想能源，是最有希望彻底解决能源问题的根本出路之一，对于我国经济、社会的可持续发展具有重要的战略意义，是关系长远发展的基础前沿领域。 本专项总体目标是：在“十三五”期间，以未来建堆所涉及的国际前沿科学和技术目标为努力方向，加强国内与“国际热核聚变实验堆”（ITER）计划相关的聚变能源技术研究和创新，发展聚变能源开发和应用的关键技术，以参加ITER计划为契机，全面消化吸收关键技术；加快国内聚变发展，开展高水平的科学研究；以我为主开展中国聚变工程试验堆（CFETR）的详细工程设计，并结合以往的物理设计数据库在我国的“东方超环”（EAST）、“中国环流器2号改进型”（HL-2M）托卡马克装置上开展与CFETR物理相关的验证性实验，为CFETR的建设奠定坚实科学基础。加大聚变技术在国民经济中的应用，大力提升我国聚变能发展研究的自主创新能力，培养并形成一支稳定的高水平聚变研发队伍。
2019年，本专项将以聚变堆未来科学研究为目标，加快国内聚变发展，重点支持高水平的科学研究、理论与数值模拟研究、CFETR关键技术预研及聚变堆材料研发等工作，继续推动我国磁约束核聚变能的基础与应用研究。 按照分步实施、重点突出原则，2019年拟优先支持14个方向，国拨总经费4.0亿元。指南方向1~10，每个指南方向拟支持1~2个项目。指南方向11~14支持35岁以下青年科学家开展相关研究，每个指南方向拟支持5个项目。 本专项的项目执行期一般为5年。原则上所有项目应整体申报。指南方向1~10项目须覆盖相应指南研究方向的全部考核指标，下设课题数不超过4个，每个项目所含单位数不超过6个。指南方向11~14的项目下不设课题。 对于指南方向1~10，原则上只立1项，仅在申报项目评审结果相近、技术路线明显不同的情况下，可同时支持2个项目，并建立动态调整机制，根据中期评估结果确定后续支持方式。 申报单位根据指南支持方向，面向解决重大科学问题、突破关键技术及建立规模化资源共享平台进行整体设计、合理安排课题；项目负责人应具备较强的组织管理能力。 1.面向聚变堆高比压放电破裂预警、控制与缓解研究 研究内容：针对未来ITER、CFETR运行模式，依托HL-2A/M和EAST装置，在高性能等离子体（ N>2.8）和
磁流体力学数值方法及其在磁约束聚变中的应用-LSEC
磁流体力学数值方法及其在磁约束聚变中的应用 （2018年7月16日-17日） 倪明玖研究员 中国科学院大学 本系列课程主要介绍求解三维不可压磁流体动力学问题的有限体积法，主要围绕磁约束聚变反应堆关键部件研发，介绍液态金属磁流体力学的计算方法及应用。课程内容主要包括： － 磁约束聚变反应堆关键部件研发涉及的液态金属磁流体力学的研究背景 － 不可压流体的Navier-Stokes方程，介绍投影法及源项的处理方法 － 磁流体力学的一种精确计算方法-相容守恒格式 － 自由界面MHD，固体颗粒两相流MHD，湍流MHD，介绍其基本算法及具体应用。 授课老师简介 倪明玖，1997年获西安交通大学博士学位，1999-2001年为日本京都大学JSPS（日本学术振兴会）博士后，2001-2007年在美国加州大学洛杉矶分校（UCLA）从事磁约束聚变相关的磁流体力学研究，2007年起为中国科学院大学教授。曾获国家杰出青金科学基金和中国科学院“百人计划”支持，为磁约束聚变能专项项目首席，基金委重点基金项目负责人。研究方向：磁流体力学、计算流体力学、多相流传热、核聚变工程技术。
不可压磁流体动力学方程组的混合有限元方法 （2018年7月18日-21日） 郑伟英研究员 中国科学院数学与系统科学研究院 本系列课程主要介绍求解三维不可压磁流体动力学方程组的混合有限元方法及高效求解算法，重点关注有限元方法的守恒型和求解算法的最优性。课程内容主要包括： － Stokes 方程和不可压 Navier-Stokes 方程的有限元方法； － 无感应磁流体方程组的电荷守恒型有限元方法； － 完整磁流体方程组的质量、磁通守恒有限元方法； － 基于算子预处理，设计离散问题的高效求解算法。 授课老师简介 郑伟英，研究员，1996年和1999年于郑州大学分别获数学学士、硕士学位；2002年于北京大学获计算数学博士学位，2002.7-2004.6年为中科院数学与系统科学研究院博士后；2006.11—2007.12为德国慕尼黑科技大学（TUM）洪堡基金访问学者；2004年6月以来在中科院数学与系统科学研究院工作至今；现任研究员，“科学与工程计算国家重点实验室”副主任；2017年获国家杰出青年科学基金资助。主要从事复杂介质电磁场问题、不可压磁流体问题的算法研究与并行程序研制，曾在大型变压器的可计算建模、分层介质电磁散射问题的完美匹配层方法、三维磁流体的守恒型有限元方法等方向取得重要进展。
磁约束聚变现状研究
1 前言 能源是社会发展的基础，化石燃料不仅储量有限，而且会造成严重的生态环境破坏和污染，预期200多年后，人类将面临严重的能源枯竭问题，因此，必须尽快完成战略新能源的开发研究。在一系列的新能源中，核聚变能是最理想的清洁新能源。 核聚变反应包括氘氚反应、氘氦反应、氢硼反应等，其中氘氚反应在地球上最易实现，因其反应资源存在于海水中，一旦实现受控热核聚变，海水将成为人类取之不尽用之不竭的资源。这需要氘或氚，在一定条件下(如超高温和高压)让核外电子摆脱原子核的束缚，让两个原子核能够互相吸引而碰撞到一起，发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核(如氦)，中子虽然质量比较大，但是由于中子不带电，因此也能够在这个碰撞过程中逃离原子核的束缚而释放出来，大量电子和中子的释放所表现出来的就是巨大的能量释放。 2 惯性约束聚变装置简介 现有的可控核聚变约束手段主要有两种，一种是惯性约束，一种是磁约束。惯性约束是指利用粒子的惯性作用来约束粒子本身，从而实现核聚变反应的一种方法。其基本思想是:利用驱动器提供的能量使靶丸中的核聚变燃料(氘、氚)形成等离子体，在这些等离子体粒子由于自身惯性作用还来不及向四周飞散的极短时间内，通过向心爆聚被压缩到高温、高密度状态，从而发生核聚变反应。该项研究主要在美国的国家点火装置（NIF），中国的神光-Ⅲ主机装置，如图1所示。 (a)
(b) 图1 (a)国家点火装置 (b)神光-Ⅲ主机装置 美国的国家点火装置位于加利福尼亚州的利弗莫尔国家实验室，在过去的一段时间里，其工作人员一直致力于将192束激光集中于一个花生米大小的、装有氢粒子的目标上。当能量为500太瓦的激光撞击到装有氢粒子的目标上后，会产生X光粒子，使得重氢原子和超重氢原子产生聚变，这种聚变使得少量物质转变为巨大能量。但由于技术问题，该项目在2012年末将工作重点由聚变能研究领域重新转回到核武器试验上。 我国的“神光-Ⅲ主机装置”，已在2015年由中物院基本建成。作为亚洲最大，世界第二大激光装置，神光-Ⅲ主机装置共有48束激光，总输出能量为18万焦耳，峰值功率高达60万亿瓦。 3 磁约束聚变装置简介 磁约束聚变是指用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的、处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使它受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。 自上个世纪60年代中期以来，各国科学家先后建成的磁约束装置包括托卡马克、仿星器、反场箍缩、磁镜、多级场等。 3.1 托卡马克 托卡马克，是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字Tokamak 来源于环形、真空室、磁、线圈，最初是由位于前苏联莫斯科的库尔
核科学技术术语 第9部分：磁约束核聚变(标准状态：现行)
I C S27.120.01 F40 中华人民共和国国家标准 G B/T4960.9 2013 核科学技术术语 第9部分:磁约束核聚变 G l o s s a r y o f n u c l e a r s c i e n c e a n d t e c h n o l o g y t e r m s P a r t9:M a g n e t i c c o n f i n e m e n t f u s i o n 2013-02-07发布2013-07-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
目次 …………………………………………………………………………………………………………前言Ⅲ1范围1………………………………………………………………………………………………………2磁约束核聚变1……………………………………………………………………………………………2.1基础1 …………………………………………………………………………………………………2.2工程27 …………………………………………………………………………………………………2.3诊断40 …………………………………………………………………………………………………2.4聚变堆43 ……………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………索引49汉语拼音索引49……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………英文对应词索引63
磁约束实验报告
南昌大学实验报告 磁约束核聚变装置控制虚拟仿真实验报告 一、实验目的 （1）理解磁约束核聚变的基本原理； （2）熟悉托克马克实验装置控制的一般操作流程； （3）了解托克马克实验装置的一般平衡磁场位型、等离子体密度分布和温度分布的特征图像； （4）了解托克马克实验装置L 、H 模式下等离子体的密度和温度分布区别。 二、实验仪器 磁约束核聚变装置控制虚拟仿真实验系统：主要包括NCST 装置（南昌大学球马克实验装置模型）、抽真空系统、中央控制系统、电源系统、加料系统、磁场电源控制器、等离子体加热系统、磁场诊断探针、激光汤姆逊散射诊断系统、诊断数据采集器、数据处理系统等软件操作模块。 三、实验原理 托卡马克是一环形装置。欧姆线圈的电流变化提供产生、建立和维持等离子体电流所需要的伏秒数；极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡；环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性；环向磁场与等离子体电流产生的极向磁场一起构成磁力线旋转变换的和磁面结构嵌套的磁场位形来约束等离子体。在托卡马克装置上，已可通过大功率中性束注入加热和各种微波加热使等离子体达到和超过氘一氚有效燃烧所需的温度(>10K)。研究表明加大装置尺寸，约束时间大致按尺寸的平方增大。此外，还可通过提高环向磁场、优化约束位形和运行模式来提高能量约束时间。 高温等离子体被约束在不与真空室壁相碰的位置上，在约束过程中存在大量不稳定性、热传导损失和辐射损失等，在约束控制过程中需要不断诊断等离子体参数，抑制各种导致等离子体破裂的不稳定性发展，同时通过各种辅助加热使反应堆的输入和输出整体功率平衡，满足等离子体的点火条件，即著名的劳森判据： 2032210/E E p n T sK m ττ=≥?， （1） 才能实现等离子体的自持燃烧，其中n 和T 分别为约束等离子体密度和温度，E τ为等离子体能量约束时间，即等离子体能量由于热传导下降到1 e -的弛豫时间。从点火条件可知，T 的最小值和相应的E p τ值为：
可控核聚变科学技术前沿问题和进展
可控核聚变科学技术前沿问题和进展 张浩然 物理与材料科学学院 15级应用物理学 B31514024 摘要：可控核聚变能源是未来理想的清洁能源。国际磁约束聚变界近期研究的焦点是国际热核聚变实验堆（ITER）项目。本文介绍了ITER 计划的科学目标和工程技术目标中的前沿问题，提出了我国磁约束聚变近期、中期和远期技术目标，制定了中国磁约束聚变发展路线图。 关键词：国际热核聚变实验堆；中国聚变工程实验堆；ITER 一、前言 可控核聚变能源是未来理想的清洁能源。在磁约束聚变领域，托卡马克研究目前处于领先地位。我国正式参加了国际热核聚变实验堆（ITER）项目的建设和研究，同时正在自主设计研发中国聚变工程试验堆（CFETR）。在惯性约束领域，Z 箍缩作为能源更具潜力，有可能发展成具有竞争力的聚变–裂变混合能源。本文重点介绍了磁约束聚变的前沿问题等。 二、磁约束聚变前沿问题 （一）磁约束聚变的研究意义和现状 磁约束聚变是利用特殊形态的磁场把氘、氚等轻原子核和自由电子组成的处于热核反应状态的超高温等离子体约束在有限的体积内，使等离子体受控制地发生大量的原子核聚变反应，释放出能量。磁约束聚变通过低密度长时间燃烧的方式实现氘、氚等离子体的自持燃烧，并将这种燃烧维持下去。世界上的磁约束聚变装置主要有托卡马克、仿星器、磁镜三种类型，其中托卡马克最容易接近聚变条件而且发展最快。目前，磁约束聚变已经取得重大进展，我国正式参加了ITER 项目的建设和研究；同时作为ITER 装置与聚变示范堆（DEMO）之间的桥梁，我国正在自主设计、研发CFETR 项目[1]。这些措施将使我国的磁约束聚变研究水平位于国际前列。 （二）磁约束聚变的前沿问题 磁约束聚变的研究开发不仅耗资巨大，而且在科学和技术上充满了挑战，以至于在经历了40多年的较具规模的国际聚变研究之后，直到20世纪90年代才基本获得可以建造磁约束聚变实验堆的必要知识和技术。磁约束聚变还处于探索阶段，存在很多物理和工程技术方面的问题需要解决。目前，国际磁约束聚变界的主要研究内容是与ITER装置相关的各类物理与技术问题[2]。ITER 装置设计总聚变功率达到5×105 k W，是一个电站规模的实验反应堆。它的作用和任务是利用具有电站规模的实验堆证明氘、氚等离子体的受控点火和持续燃烧，验证聚变反应堆系统的工程可行性，综合测试聚变发电所需的高热流和核部件，实现稳态运行，从而为建造聚变能示范电站奠定坚实的科学基础和必要的技术基础。ITER 计划的科学目标具体包括： ①集成验证先进托卡马克运行模式；②验证“稳态燃烧等离子”体物理过程；③聚变阿尔法粒子物理；④燃烧等离子体控制；⑤新参数范围内的约束定标关系；⑥加料和排灰技术。 ITER 装置运行第一阶段的主要目标是建设一个氘、氚燃烧能产生5×105k W 聚变功率聚变增益系数Q=10、脉冲维持大于400 s 的托卡马克聚变堆。在ITER 装置中将产生与未来商用聚变反应堆相近的氘、氚燃烧等离子体，供科学家和工程师研究其性质和控制方法，
关于组织申报国家重点研发计划国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报指南的通知【模板】
关于组织申报国家重点研发计划国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报指南的通知 各有关单位： 根据《科技部关于发布国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报指南的通知》（国科发基〔2018〕50号），为做好2018年国家重点研发计划重点专项申报工作，现将有关事项通知如下： 一、项目类型及申报条件 此次国家重点研发计划重点专项为“国家磁约束核聚变能发展研究专项”。请各申报单位对照各专项的申报指南（详见附件2）进行申报。 二、申报方式 1.网上填报。请各申报单位按要求通过国家科技管理信息系统公共服务平台进行网上填报。预申报书格式在国家科技管理信息系统公共服务平台相关专栏下载。项目申报单位网上填报预申报书的受理时间为：2018年6月8日8:00至2018年7月27日17:00。申报项目通过首轮评审后，申报单位进一步按要求填报正式申报书，并通过国家科技管理信息系统提交，具体时间和有关要求另行通知。 2. 纸质材料报送和业务咨询。请各申报单位于2018年7月25日前将加盖单位公章的预申报书（预申报书须通过系统直接生成打印，纸质，一式2份）及电子版，报送至市科技局高新处，联系方式如下： 联系人：XXX 联系电话：******** 3. 材料寄送。请各申报单位于2018年7月27日前（以寄出时间为准），将加盖申报单位公章的预申报书（纸质，一式2份），寄送承担项目所属重点专项管理的专业机构。
附件： 1. 科技部关于发布国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报 指南的通知 2. 国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报指南 **市科学技术局 2018年6月14日 科技部关于发布国家磁约束核聚变能发展研究专项2018年度项目申报指南的 通知 国科发基〔2018〕50号 各省、自治区、直辖市及计划单列市科技厅（委、局），新疆生产建设兵团科技局，国务院各有关部门科技主管司局，各有关单位： 2008年以来，“国家磁约束核聚变能发展研究专项”重点围绕国际热核聚变实验堆（ITER）关键技术、我国磁约束核聚变能装置和关键技术研发、高水平科学和工程技术人才培养等方向持续进行重点部署。2018年，将继续组织实施“国家磁约束核聚变能发展研究专项”。根据相关要求，现将“国家磁约束核聚变能发展研究专项”2018年度项目申报指南予以公布。请根据指南要求组织项目申报工作。有关事项通知如下。
磁约束原理与运用.
班级02321101 学号1120110436 姓名张鹏杰 磁约束原理与运用 [摘要]众所周知，以一定速度进入均匀磁场中的带电粒子作螺旋线运动。进入非均匀磁场中的带电粒子的运动轨迹是一条会聚的螺旋线。运用这一原理可以将热核反应中的等离子体约束在实验装置内从而实现可控的核聚变，为寻找新能源开辟蹊径。 [关键词]磁约束，等离子体，受控核聚变，能源 一、磁约束原理 带电粒子在磁场中沿螺线运动，回旋半径R与磁感应强度B成反比。在很强的磁场中，每个带电粒子的活动便被束缚在一根磁感线附近的很小范围内，只能沿磁感线做种纵向运动。 在热核反应的高温下，物质处于等离子态，有带电粒子组成，而由于上述原因，强磁场可以使带电粒子的横向输运过程受限。 在纵向，同样可以利用磁约束对粒子的运动加以限制。带电粒子的圆周运动可被等效视作通电线圈。设带电粒子的带电量为q，回旋频率为υ，回旋半径为R，则等效线圈中的电流I=q υ，面积S=，磁矩M=IS=qυ2π。对于在磁场中的回旋运动，可知υ=，R=，于是有： M== 理论上可以证明，在梯度不是太大的非均匀磁场中，带电粒子的磁矩M是个不变量。亦即，当带电粒子由较弱的磁场区进入较强的磁场区时（B增加），它的横向动能要按比例增加。然而由于洛伦兹力是不做功的，带电粒子的总动能不变，则纵向动能即纵向速度就要减小，甚至为零。通常将这种由弱到强的磁场位形叫做磁镜。如右图，两个同向通电线圈产生中间弱两边强的磁场位形，带电粒子在横向受到磁场约束，在纵向则在两线圈中来回反射，从而达到约 束的目的。不过，一部分纵向动能较大的粒子仍然有可能从磁镜两端逃出。而采用右图所示的环形磁约束结构则可避免这种情况。这种结构也是下面将要提到的托卡马克装置的基本结构。
李正武我国受控磁约束核聚变的奠基人
第17卷 第1期核聚变与等离子体物理V ol.17,No.11997年3月N uclear F usion and Plasma Physics M arch 1997李正武我国受控磁约束核聚变的奠基人 尚振魁1 邓希文o 钱尚介 ? (核工业西南物理研究院,成都610041)李正武先生,解放前去美国。1955年,经周恩来总理在日内瓦与美方严正交涉,被羁留在美的中国学者获准回国。李正武先生热爱新中国,放弃了在美职位与优越的生活条件,偕夫人孙湘先生,携出生仅二个月的幼子,与著名学者钱学森等同船返回祖国。 李正武先生早年从事轻核反应实验研究。在美期间,他解决了直接由核反应循环精密地自洽测定质量数从1至35所有轻原子核质量的问题,并由此得出当时最精确的爱因斯坦质量能量转换系数实验值。爱因斯坦质量能量转换关系被认为是整个物理学中也是自然界最根本的一个规律,同时也是原子能(核能)的基础。在同一时期,他进行了太阳物理方面的研究,成为后来提出热核聚变研究的先导。 李正武先生回国不久,正值我国着手制订“十二年科学技术长期规划”。他积极参与,提出多项建议。1955年末,他倡议在我国开展“可控热核反应”(即“受控核聚变”)的研究,并以“大能量”作为代号。自1958年开始,我国受控核聚变实验研究在中国科学院物理所和原二机部401所(现中国原子能科学研究院)相继展开。1961年,国家调整科研战线布局,核聚变研究从“元帅”降为“保留种子”。我国理论物理著名学者王承书先生调离原二机部401所14室。李正武先生由高能加速器研究和中国科技大学教学岗位调至受控核聚变研究岗位,迄至今日。 李正武先生1916年11月8日生于浙江省东阳县(现已改建为市),1934年浙江省高中毕业会考获第一名,同年在3600名全国考生中以第一名的成绩考入清华大学。“一二?九”学生运动时期,他热心参加,并于1936年冬参加“抗日前线服务团”赴绥远(现内蒙古自治区),参加了伟大的抗日战争。1938年毕业后,他去贵阳气象所,任技士。之后,他在江苏医学院(重庆)、复旦大学(重庆)、交通大学(重庆和上海)任助教、讲师、副教授。1946年,他考取教育部公费留学,去美国著名的加州理工学院,获博士学位。他的攻读主科为核物理,导师为C .C .劳列生与后来获诺贝尔奖的W .A .福勒;副科为(分子生物物理)噬菌体研究,导师为后来获得诺贝尔奖的M.德尔布鲁克。他先后在该校任研究助理、研究员。1954年,他去美国望城医学中心,创建了一台性能独特的钴射线治疗仪。多年之后,此治疗仪还在使用。1955年回国后,他协助我国原子核物理研究的先驱者赵忠尧先生研制完成了我国第一台1 o ?核工业西南物理研究院科学技术委员会主任,研究员 核工业西南物理研究院副院长,研究员核工业西南物理研究院院长,研究员
核聚变研究简介汇总
核能的现状与未来 摘要：核能作为清洁能源，引起人们广泛关注。本文就核能的现状和未来进行了论述，并重点讲述了核聚变研究的进展。 关键词：核能；核聚变； Present situation and future of nuclear power (College of power engineering，Chongqing University，Chongqing400044，China) Abstract：as a clean energy, Nuclear power is widely attention. This paper discussed the present and future of nuclear power , and focused on the research progress of nuclear fusion. Keywords : Nuclear power; nuclear fusion; 0 引言 能源短缺和环境恶化是21 世纪人类社会共同面临的两大难题, 此外, 我国能源还存在“人均资源占有量偏低”和“能源结构不合理”两大矛盾。“能源安全”已经成为我国的核心安全问题之一。考虑到煤、石油、天然气等化石能源最终将枯竭，而水力、太阳能、风能、潮汐和地热等能源受地域、环境和气候制约, 难以成为化石燃料的替代能源, 发展低碳经济和开发新的低碳的替代能源成为了本世纪世界范围的重大课题。 作为低碳能源，核能引起人们广泛关注。核能分为核裂变能和核聚变能，重原子核( 如铀和钚) 分裂时释放的能量为核裂变能, 轻原子核( 如氘和氚) 聚合时释放的能量为核聚变能。 1 核能的现状 根据国际原子能机构(IAEA)的最新统计，截至2007年8月22日，全世界共有439台核电机组正在运行，另外还有30座反应堆系统正在建造中。核电总装机容量达到近372 GW，满足了世界约16％和经合组织(OECD)国家25％的电力需求。由于政治经济等诸多因素，当前西方国家的核电发展总体趋缓，核电在近期和远期的发展均集中在亚洲。截至2007年8月22日，在全世界30座在建反应堆中，有17座在亚洲。在最近并人电网的35座反应堆中，有24座在亚洲。但这并不是说西方国家在核能利用上已停步不前。事实上他们在大力发展核电新技术、积极开发新一代核电站方面是非常活跃的，其中尤以美国为代表，不仅开发了第三代核电技术，而且还领导了第四代核电技术的研发。 自从20世纪50年代核电站诞生以来，世界核电建设经历了三个阶段：实验示范阶段(1965年以前)、高速推广阶段(1966～1980年)和滞缓发展阶段(1981年至今)。开发了三代核反应堆，第一代反应堆以原型堆的形式在50、60年代投入应用；第二代反应堆以大型商业化核电站的形式在70年代出现并运行至今，包括美国、欧洲和日本的压水堆(PWR)与沸水堆(BWR)以及俄罗斯的轻水堆(WWER)和加拿大开发的坎杜重水堆(CANDU)，第二代反应堆已经在经济和环境等方面验证了核电的安全性能和竞争力；第三代反应堆发展于9O年代，包括有美国研发的先进沸水堆(ABWR)、改进式先进压水堆(System 80+)和非能动先进压水堆(AP1000)，以及法国推出的欧洲先进压水(EPR)。第三代反应堆将安全作为首要参考因素，主要目标是进一步提高第二代反应堆的安全性。此外，第四代反应堆的研究工作也已经逐步展开，这一代反应堆是未来的革命性反应堆系统，反应堆和燃料循环都将有重大革新和发展。 2 核能的未来—核聚变