国家磁约束核聚变能发展研究专项
核聚变技术的研究现状与未来发展趋势分析
核聚变技术的研究现状与未来发展趋势分析1. 引言核聚变技术是一种高科技领域的研究方向，可以为人类提供非常可靠的清洁能源。
然而，该技术的实现并不容易。
近几年来，科学家们纷纷加入核聚变技术的研究中，试图使它成为越来越成熟的能源来源，本文将对核聚变技术的研究现状进行分析，并探讨未来发展趋势。
2. 核聚变技术的概述核聚变技术是指利用高温和高压的条件下，将重氢原子核融合成氦原子核，同时释放大量的能量。
该技术的实现需要克服两个关键难题：一是如何让氢原子核在高温高压下互相靠近，二是如何获得净输出的能量。
目前，科学家们主要采用了磁约束、惯性约束等技术，探索使核聚变在实验室和实际应用中成为可能的方法。
3. 核聚变技术的研究现状目前，世界各国的科学家都在积极研究核聚变技术的相关方向。
一些典型的项目有：3.1 国际热核聚变实验堆（ITER）目前，全球最大、最为重要的核聚变研究项目是国际热核聚变实验堆（ITER）计划。
ITER计划是联合国27个成员国共同开展的科技项目，旨在进一步探索聚变反应驱动能量生产的可行性。
该项目计划建造一个具有科研探索和工程应用双重目标的聚变实验堆，在实验中验证聚变反应的可行性，并研究核聚变产生的科学问题。
该项目的建设已经启动，预计到2025年建成并投入实验。
3.2 中国聚变工程试验堆（CFETR）中国也在研究和建设核聚变实验堆。
目前，中国聚变工程试验堆（CFETR）被认为是中国核聚变研究的重要平台。
该项目拟将选址在四川成都附近，计划投资高达3000亿元人民币。
一旦建成，该实验堆将成为世界上最大的聚变实验堆。
4. 核聚变技术的未来发展趋势随着科技的不断发展，核聚变技术的未来发展趋势如下：4.1 技术的提高：从当前的实验室研究到未来的实际应用，核聚变技术面临诸多难题。
在技术的持续提升和优化过程中，核聚变谷（burning plasma）的实现、自持聚变、中等规模聚变装置、石墨包层材料技术、低成本先导材料、稳态磁约束、超导技术和先进控制系统等都将成为重点。
磁约束核聚变托卡马克等离子体与壁相互作用研究进展
参 数 稳 态 等 离 子 体 物 理 问 题 和 托 卡 马克 装 置 及 未 来 反 应 堆关 键 材 料 问 题 。 其 中关 键 材 料 问题 的解 决
在很 大程度上取决于我们对等离子体与壁 材料相互 作用 （ ｌｓ ａＷａｌ ｎｅａｔ ｎ ，Ｐ ） 程和机 理 Ｐａｍ ． ｌＩｔｒｃｉ ｓ ＷＩ过 ｏ
ｔ ｒ ｄ ｃ ｅ ｈｇ — ａ ａ ｔ ｒ ｔａ ｙ ｓ ｔ ｌｓ ． ａ ｄ ｔ ｅ ｏｈ ｒｉ ｈ ｗ ｔ ｈ ｏ ｅ ｔ ｅｋ ｙ ｍａｅ ａｓ ｉ ｏ ａ ａ ｓｗ ｌ ａ ｏ ｐ ｏ ｕ ｅｔ ｉｈ ｐ ｒ ｍｅｅ ｅ ｄ — ｔ ｅｐ ａ ｍａ ｈ ｓ ａ ｎ ｈ ｔｅ Ｓ ｏ ｏｃ ｏ ｓ ｈ ｅ ｔ ｒ ｌ ｎ Ｔ ｋ ｒ ｋ ａ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ
区域内。因此 ，Ｐ 问题 直接决定了聚变 的装置运行安全性 、壁材料 部件研 发进程和未来壁 的使 用 ＷＩ
寿命 。 弄 清 Ｐ 的各 种 物 理过 程 和机 理 并 施 以 有 效 的 控 制 ，是 未 来 核 聚 变 能 实 现 的 重 要 环 节 之 一 。 ＷＩ
对 Ｐ 国内外研究 现状进 行了详细的总结评述 ，并 阐述 了 Ｐ 的未来发展趋势 和亟待解决 的问题 。 ＷＩ ＷＩ
ｎ ｃ ｓ ａｙ ｗａ ｏ ｓ ｌｅ ｔ ｅｍａｅ ｉｌ ｒ ｂｅ ｅ ｅ ｓ ｒ ｙ ｔ ｏｖ ｈ ｔｒ ｏ ｌｍ． Ｐ Ｉ ｓａｓ ｅ ａ ｄ ｄ ａ ｎ ｆ ｈ ｅ ｓ ｅ ｒｔ ｅ ｓ ｃ ｅ ｓｏ ｔ ｒ ａｉ ｎ ｌ ａｐ Ｗ ｌｏｒ ｇ ｒ ｅ ｓｏ ｅ ｏ ｅ ｋ ｙ ｉ ｕ ｓｆ ｕ ｃ ｓ ｆ ｎ ｅｎ ｔ ａ ｉ ｔ ｓ ｏ ｈ Ｉ ｏ
“国家磁约束核聚变能发展研究专项”2021年度项目申报指南
（1）给出仿星器位形三维成形技术的优化方案，
评估优化方案对等离子体湍流输运和新经典输运及宏观磁流体稳
定性的影响；（2）在理解和控制快粒子重分布方面有新的进展；
（3）实现波对等离子体有效启动和维持；
（4）定性评估热壁对等
离子体与壁相互作用的影响。
8. 高分辨热相干散射、安全因子、中子探测诊断技术研究
快速监测误差为±10%，等离子体位移测量误差为±2 厘米，时间
分辨率为 1 微秒，空间分辨率为 2 厘米；
（3）研发高时空分辨中
子探测阵列：中子能量分辨率为 5%@2.45 MeV，时间分辨率小
— 13 —
于 50 毫秒，主离子温度测量精度优于 20%。
9. 聚变堆等离子体加料、离子加热模块研发
研究内容：面向聚变堆高能量增益运行，开展稳态运行下等
机制、实现未来聚变堆高密度运行为目标，研究限制托卡马克等
离子体密度提升的关键因素和主要物理机制，探索聚变堆等离子
体高参数运行条件下进一步提高等离子体密度的新理论、
新技术、
新方法。
考核指标：
（1）揭示国内外托卡马克实验的一些放电过程中
等离子体密度超过 Greenwald 极限的原因及参数依赖关系，解释
考核指标：
（1）研制热相干散射诊断系统：等离子体离子密
度测量范围>1019 m-3，主离子温度测量误差为±15%，时间分辨率
为 5 微秒，空间分辨率为 2 厘米，重复频率为 20Hz；
（2）研发基
于激光或微波技术对等离子体位移和密度及中心安全因子快速监
测系统：等离子体密度测量范围为 1018~1021 m-3，中心安全因子
聚变实验堆”
（ITER）计划相关的聚变能源技术研究和创新，发
国家级重点实验室
国家级重点实验室
以下是六个国家级重点实验室及介绍：
1．磁约束核聚变国家实验室：
中国科学院合肥物质科学研究院、核工业西南物理研究院（合肥）共同建设。
该实验室旨在推进我国在磁约束核聚变领域的研究，探索清洁能源的未来可能性。
2．洁净能源国家实验室：
中国科学院大连化学物理研究所（大连）负责建设。
洁净能源国家实验室主要研究方向包括化石能源高效洁净利用与转化、可再生能源开发利用、多能源互补与智能网等。
3．船舶与海洋工程国家实验室：
上海交通大学（上海）负责建设。
该实验室围绕船舶与海洋工程的前沿技术，开展应用基础研究和高技术研究，引领船舶与海洋工程产业的发展。
4．微结构国家实验室：
南京大学（南京）负责建设。
微结构国家实验室主要研究方向包括微纳结构与材料的合成制备、微纳结构与材料的表征技术、微纳结构与材料的性能测试等。
5．重大疾病研究国家实验室：
中国医学科学院（北京）负责建设。
该实验室针对重大疾病的发病机理和防治手段进行研究，以提高人类健康水平。
6．蛋白质科学国家实验室：
中国科学院生物物理研究所（北京）负责建设。
蛋白质科学国家实验室主要研究方向包括蛋白质结构与功能、蛋白质相互作用和蛋白质组学等。
这些国家级重点实验室在各自领域内具有国际先进水平，是我国科技创新体系的重要组成部分。
它们在推动科技进步、服务国家战略需求方面发挥着重要作用。
国家磁约束核聚变能发展研究专项2019年度项目视频答辩评
30
15
SQ2019YFE030085
基于激光散斑数字图像相关法的偏滤器 靶板热负荷过程诊断研究
8
第三组 视频答辩 安徽2 2020年9月10日 11:00-11:30
30
16
SQ2019YFE030018
托卡马克壁滞留过程的激光解吸附光谱 诊断研究
8
第三组 视频答辩 黑龙江1 2020年9月10日 11:30-12:00
3
SQ2019YFE030027
聚变堆等离子体无量纲归一化参数区稳 态运行模式实验验证研究
4
SQ2019YFE030024
氘氚聚变等离子体中磁流体过程的理论 和模拟研究
5
SQ2019YFE030003
基于非线性回旋动理学的氘氚聚变等离 子体约束改善理论和模拟研究
6
第一组 视频答辩 安徽1 第一组 视频答辩 安徽2 第一组 视频答辩 四川2 第二组 视频答辩 四川2 第二组 视频答辩 四川2 第二组 视频答辩 安徽1 第二组 视频答辩 安徽1 第二组 视频答辩 浙江1 第二组 视频答辩 安徽2
大尺寸金刚石膜片金属化及其微波窗口 封接关键技术研究
10
第四组 视频答辩 陕西1 2020年9月10日 10:00-10:30
30
28
SQ2019YFE030029
金刚石微波窗多功能复合金属化及低温 封接技术研究
10
第四组 视频答辩 黑龙江1 2020年9月10日 10:30-11:00
30
29
SQ2019YFE030023 大尺寸光学级金刚石制备关键技术研究 10
第四组 视频答辩 陕西1 2020年9月10日E030036
大尺寸光学级金刚石微波窗封接技术研 究
国科发基〔2019〕381号.doc
附件国家磁约束核聚变能发展研究专项2019年度项目申报指南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—1—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，重点开展高水平的科学研究、大规模理论与数值模拟，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11个方向，国拨总经费2.7亿元。
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1–7，每个指南方向拟支持1~2个项目，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，每个项目参与单位数不超过6个。
指南方向1–7，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。
指南方向8–11为青年科学家项目，不设课题，每个指南方向拟支持不超过5个项目。
—2—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。
中国的磁约束核聚变
中国的磁约束核聚变磁约束核聚变是一种新型的、具有高效能的核能源，它的实现可以为人类提供无限的能源供应。
中国是世界上最重视核能研究的国家之一，并且取得了很多成就。
我们在核聚变领域持续进行探索，目前已经进入实验阶段，磁约束核聚变技术是其中之一。
接下来将会介绍磁约束核聚变技术以及我国在这个领域的研究成果。
磁约束核聚变是一种重要的可控核聚变方法，利用高温等离子体和高强度磁场达到核聚变的目的。
在这种方法中，聚变反应的燃料为氘和氚，可控热能会释放，像一个小太阳一样发光并产生大量的能源。
磁约束核聚变主要分为磁约束聚变和惯性约束聚变两种，其中磁约束聚变是最主要的、最被研究的核聚变方法之一。
磁约束核聚变技术实现需要一个巨大的磁场来约束中心高温等离子体，以保持等离子体的稳定状态并稳定运行，同时还需要一定的内部能量来维持聚变反应。
为此，科学家研制开发了多种磁约束核聚变设备。
在世界上，最具代表性的磁约束核聚变设备之一是国际热核聚变实验反应堆 (ITER)。
ITER是目前研发的最大、最复杂、也是最显著的国际核聚变实验，中国作为合作方之一，积极参与了其中。
我国在磁约束核聚变研究领域也有许多成果。
截至2020年，已经有两个世界上最大的聚变实验装置在我国运行，它们分别是西南物理研究所的“HL-2M托卡马克”和中国科学院等离子体物理研究所的“EAST托卡马克”。
“HL-2M托卡马克”是中国氢弹研制取得的成果之一。
它的主要用途是使我国在核聚变的实验和研究方面更好地掌握相关技术，积累更多的经验，并为未来的可持续能源的开发提供支持。
而“EAST托卡马克”是我国开展磁约束核聚变研究的主要平台之一，已经进行了数十年的研究，广泛发表了数百篇学术论文，国际上具有相当的声誉。
磁约束核聚变技术的发展顺应了人类对可持续、清洁、高效能源的追求。
目前来看，磁约束核聚变技术仍面临各种科研和技术难题。
其中，最大的难点之一是如何掌握超高温等离子体的约束与维持，此外，遏止热能与辐射通过等离子体和设备的技术挑战也需要接受。
我国磁约束核聚变能源的发展路径、国际合作与未来展望
我国磁约束核聚变能源的发展路径、国际合作与未来展望王志斌;沈炀;余羿;陈坚【期刊名称】《南方能源建设》【年(卷),期】2024(11)3【摘要】[目的]聚变能源具有反应释放的能量大、运行安全可靠、燃料来源丰富、环境污染小等特点,有望成为一种可以大规模市场化供应的商业能源,在未来提供稳定的能源输出与电力供应。
为了普及我国磁约束核聚变能源的发展路径,文章综述了聚变能的发现及实现途径。
[方法]采用文献综述的方式简要介绍了我国磁约束聚变能源的早期研究发展历程,并以磁约束聚变能源的发展为例,初步给出了我国对于托卡马克装置、仿星器装置、球形托卡马克装置、反场箍缩装置、磁镜场装置、直线装置和偶极磁场装置等典型磁约束等离子体研究装置的建设情况。
[结果]在这些装置的建设及研究基础上,我国磁约束聚变研究领域培养了一批科技人才,取得了长足的发展和进步。
同时,文章概述了聚变能源研究的国际合作情况,以及我国参与建设的国际热核实验堆项目。
[结论]虽然现阶段聚变能源的研究仍需克服来自燃烧等离子体物理、聚变堆材料、氚自持技术等多方面的巨大挑战,但在国家对能源结构转型的迫切需求以及对于聚变研究的大力支持下,相信在不远的将来我国磁约束聚变能源的发展将由蓝图变为现实。
【总页数】13页(P1-13)【作者】王志斌;沈炀;余羿;陈坚【作者单位】中山大学中法核工程与技术学院【正文语种】中文【中图分类】TL4;TL62【相关文献】1.发挥专家机制发展我国聚变能国家磁约束核聚变专家委员会正式成立2.磁约束核聚变能源开发的进展和展望3.我国新能源技术的发展现状及未来展望4.我国农村能源发展状况与未来展望5.2019年我国非化石能源发展形势分析及未来发展展望因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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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：
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
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。
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
5
3. 其他中青年学术带头人概况
九、经费预算
序号预算科目名称合计专项经费自筹经费（1）（2）（3）（4）
1 一、经费支出
2 （一）直接费用
3 1、设备费
4 （1）购置设备费
5 （2）试制设备费
6 （3）设备改造与租赁费
7 2、材料费
8 3、测试化验加工费
9 4、燃料动力费
10 5、差旅费
11 6、会议费
12 7、国际合作与交流费
13
8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费
14 9、劳务费
15 10、专家咨询费
16 11、其他支出
17 （二）间接费用
6
18 其中：绩效支出
19 二、经费来源
20 （一）申请从专项经费获得的资助
21 （二）自筹经费来源/
22 1、其他财政拨款/
23 2、单位自有货币资金/
24 3、其他资金/
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)
7
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。
8。