全超导托卡马克核聚变实验装置
世界首个全超导核聚变实验装置1剖析
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。
耀起东方——记世界上首个全超导托卡马克(EAST)东方超环装置
火”） 的托卡马克核 聚 变实验堆 ， 以便 对未 来聚 变示范 堆及 商用聚 变堆 的物 理和工程 问题做 深入探索。
核 聚 变 研 究 是 当 今 世 界 科 技 界 为 解 决 人 类 未 来 能 源 问 题 而 开 展 的 重 大
美、日、 欧３ 处， 并于１ ９ ８ ８ 年开始实验堆
子 能 委员会 （ １ ＡＥＡ） 之外 ， 总 部 分 设
聚 变反应 ． 随着各 国大小不一的托卡马 克装置 的建成 、 投入 运行和实验 ， 托卡 马克显示了较 为光 明的前景 ： 等 离子体 达 到了数百万度 ， 等离子体约 束也 获得
了 明显 效 果 。 科 学 家 们 认识 到 ， 如 果 扩
０ ５ ｋ ｅ Ｖ ， ｎ Ｔ＝ １ ０ 的１ ８ 次 方 ｍ一 ３ ． Ｓ ， 这 是
能： ｌ ； ＝ 的“ 摇 篮”
存 茫 茫 宇 宙 中不 过 沧 海 一 粟 的 普 通恒 星—— 太 阳 ， 对 于 整 个 太 阳 系 而 言 却 是 独 ～ 无 二 的 中心 天 体 在 它 的 内
秒稳 态长脉冲高约束等离子体运行， 创
造 了新 的 世界 纪 录 这一 里程 碑 式 的 重要 突 破 标 志 着 ， Ｅ Ａ Ｓ Ｔ 成 为世 界 上 第一 个 实现 稳 态 高约
束模 式运行 持续 时间达到 百秒量 级 的
托 卡 马克 核 聚 变实 验 装 置 ， 表 明我 国磁 约 束 聚 变 研 究 在 稳 态 运 行 的 物 理 和 工
受 控核 聚 变研 究的 重大 突 破 ， 在 国 际 上 立 刻 掀 起 了一 股 托 卡马 克 的 热 潮 ， 各 国 相 继 建 造 或 改 建 了一 批 大 型 托 卡 马
克 装 置
“东方超环”核聚变实验装置
“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。
2021年福建省福州市高考物理质检试卷(4月份)
2021年福建省福州市高考物理质检试卷（4月份）一、单选题（本大题共4小题，共16.0分）1.“东方超环”是全超导托卡马克核聚变试验装置，被称为“人造太阳”，位于安徽省合肥市“科学岛”上，近日其等离子体中心温度首次实现1亿摄氏度运行近10秒。
该装置主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电。
氘核聚变反应方程是 12H+12H→23He+01n，假设两个氘核以相同大小的速度沿同一直线相向碰撞，聚变反应释放的能量全部转化为两个新核的动能，分别用m H、m He、m n表示 12H、 23He、 01n的质量，用c表示光速，则下列说法正确的是()A. 该聚变反应中释放的核能为(m He+m n)c2B. 该聚变反应中释放的核能为(m H−m He−m n)c2C. 反应后中子和氦核的速度大小之比为m nm HeD. 反应后中子与氦核的动能之比为m Hem n2.如图所示，一个半球形的碗放在桌面上，碗口水平，O点为其球心，碗的内表面及碗口是光滑的。
一根细线跨在碗口上，线的两端分别系有质量为m1和m2的小球。
当它们处于平衡状态时，质量为m1的小球与O点的连线与水平线的夹角为α=90°，质量为m2的小球位于水平地面上。
几位同学在学习了受力分析之后，对两个小球的受力情况进行了分析，其中对m1、m2受力个数的讨论中，你认为正确的是()A. 小张说：m1 受3个力、m2受3个力作用B. 小李说：m1 受2个力、m2受3个力作用C. 小黄说：m1 受2个力、m2受2个力作用D. 小明说：m1 受4个力、m2受3个力作用3.一摩托车在竖直的圆轨道内侧做匀速圆周运动，人和车的总质量为m，轨道半径为R，车经最高点时发动机功率为P0，车对轨道的压力为2mg.设轨道对摩托车的阻力与车对轨道的压力成正比，则()A. 车经最低点时对轨道的压力为mgB. 车经最低点时发动机功率为2P0C. 车从最高点经半周到最低点的过程中发动机牵引力先变大后变小D. 车从最高点经半周到最低点的过程中，人和车组成的系统机械能守恒4.如图所示，重物M通过两个定滑轮连接着两个质量均为m的物体，由于对称，图中两滑轮之间的绳与竖直方向夹角均为β，当β=60°时，且重物下降的速率为v时，两边质量为m的物体速度大小为()A. vB. v2C. √3v D. √32v二、多选题（本大题共4小题，共24.0分）5.满载A国公民的一航班在飞行途中神秘消失，A国推断航班遭到敌对国家劫持，政府立即调动大量海空军事力量进行搜救，并在第一时间紧急调动了21颗卫星参与搜寻．“调动”卫星的措施之一就是减小卫星环绕地球运动的轨道半径，降低卫星运行的高度，以有利于发现地面(或海洋)目标．下面说法正确的是()A. 轨道半径减小后，卫星的环绕速度减小B. 轨道半径减小后，卫星的环绕速度增大C. 轨道半径减小后，卫星的环绕周期减小D. 轨道半径减小后，卫星的环绕周期增大6.如图所示，甲图中A，B为两个相同的环形线圈，共轴并靠近放置，A线圈中通如图乙所示的交变电流i，则A. 从0到t1时间内A、B两线圈吸引B. 从t2到t3时间内A、B两线圈中电流方向相反C. t1时刻两线圈间作用力最大D. t2时刻两线圈间的吸引力为零7.如图箭头为某一电场的电场线．在电场力作用下，一带电粒子(不计重力)经A点飞向B点，径迹如图中虚线所示，下列说法正确的是()A. 电场力对粒子做正功B. 粒子在A点加速度比较小C. 粒子在B点动能大D. A、B两点相比，B点电势较低8.如图所示，两个相同的灯泡A、B分别接在理想变压器的原、副线圈上(灯泡的电阻不随温度变化)，已知原、副线圈的匝数比n1：n2=2：1，电源的电压为U，则()A. 通过A、B的电流之比I A：I B=2：1B. A、B两端的电压之比U A：U B=1：2C. A、B两端的电压分别为U A=U5、U B=2U5D. A、B消耗的功率之比P A：P B=1：1三、填空题（本大题共2小题，共8.0分）9.在如图所示p−V图象中，一定质量的理想气体从状态M变化至状态N，分别经历了过程1和过程2，已知M、N状态的温度相等，则在过程1中气体温度的变化情况是______ (选填“先减少后增大”、“不变”或“先增大后减少”)，若过程1中气体吸热Q1，过程2中气体吸热Q2，则Q1______ Q2(选填“>”、“=”或“<”)．10.手持较长软绳左端点O以周期T在竖直方向上做简谐运动，带动绳上的其他质点振动形成简谐波沿绳水平传播，如图所示．绳上有另一质点P，且O、P的平衡位置间距为L.t时刻，O位于最高点，P的位移恰好为零，速度方向竖直向上．该简谐波是______(填“横波”或“纵波”)，该简谐波的最大波长为______，最大传播速度为______．四、实验题（本大题共2小题，共12.0分）11.用螺旋测微器测量某金属圆柱体的直径，用游标卡尺测量长度，测量结果如图所示，直径d=______cm，长度L=______cm．12.某学习小组用伏安法测量一未知电阻R x的阻值，给定器材及规格为：电流表A(量程为0～5mA.内阻约为10Ω)；电压表V(量程为0～3V.内阻约为3kΩ)；最大阻值约为50Ω的滑动变阻器；电源E(电动势约3V)；开关S、导线若干．(l)由于不知道未知电阻的阻值范围，先采用如图电路试测，读得电压表示数大约为2.0V.电流表示数大约为4.0mA，则未知电阻阻值R x大约为______ Ω；(2)经分析，该电路测量误差较大，需要作改进．请在答卷的方框内画出改进后的测量原理图；(3)用改进后的电路进行测量，其测量值______ (填“等于”、“小于”、“大于”)真实值．五、计算题（本大题共3小题，共40.0分）13.如图所示，固定的长直水平轨道MN与位于竖直平面内的光滑半圆轨道相接，轨道半径为R，PN恰好为该圆的一条竖直直径。
2023年江苏省苏州市高考物理三模试卷+答案解析(附后)
2023年江苏省苏州市高考物理三模试卷1. 2023年4月12日，我国科学家利用自主设计的全超导托卡马克核聚变实验装置，成功实现稳态高约束模式等离子体运行403秒的新世界纪录。
该核聚变反应方程为，其中粒子X是( )A. 中子B. 电子C. 质子D. 正电子2. 警报器固定于水平面上的A处并持续发出1000Hz的声波，某时刻一观察者经过B处，该观察者接收到的声波频率为1030Hz，则该观察者的运动情况可能是( )A. 做匀速直线运动远离AB. 做匀速直线运动接近AC. 以A为圆心逆时针做匀速圆周运动D. 以A为圆心顺时针做匀速圆周运动3.如图为氢原子的发射光谱，、、、是其中的四条光谱线，已知可见光的波长范围为，则下列说法正确的是( )A. 该光谱由氢原子核能级跃迁产生B.谱线对应的是可见光中的红光C. 任意相邻两条谱线之间对应光子能量差值相等D. 若对应光子能使金属钾发生光电效应，则也能4. 自然光照射下肥皂膜的前后表面反射光可形成干涉条纹，而窗户玻璃的前后表面反射光则不能形成干涉条纹，这是由于经窗户玻璃前后表面反射的同种色光叠加时( )A. 频率差不恒定B. 波长差不恒定C. 相位差不恒定D. 光速差不恒定5. 从地面上的某一点同时抛出两相同的小球A、B，运动轨迹如图所示，不计空气阻力，则下列选项一定正确的是( )A. A、B同时落地B. 初速度C. 初速度的水平分量D. 落地时重力的瞬时功率6. 如图所示，某同学将空的玻璃瓶开口向下缓缓压入水中，设水温均匀且恒定，瓶内空气看作理想气体，下降过程中瓶内空气质量不变，则( )A. 瓶内气体分子斥力增大B. 瓶内气体对外放出热量C. 瓶内气体分子平均动能增大D. 单位时间与瓶壁碰撞的分子数不变7. 如图是演示自感现象的实验装置，小灯泡电阻与自感线圈的直流电阻相同，电源内阻不能忽略，关于该实验现象下列说法正确的是( )A. 接通开关后小灯泡慢慢变亮直至亮度稳定B. 接通开关电路稳定后通过小灯泡的电流为零C. 接通开关电路稳定后再断开瞬间线圈两端电压大小不变D. 接通开关电路稳定后再断开小灯泡闪亮一下后逐渐熄灭8. 如图所示，内壁光滑的气缸固定于水平面，气缸内用活塞封闭一定量的理想气体，活塞与一端固定的水平轻弹簧连接，气体温度为时弹簧处于原长。
2022-2023学年湖北省十一校高三上学期第一次联考物理试题
2022-2023学年湖北省十一校高三上学期第一次联考物理试题1.我国自主研发的东方超环（）是国际首个全超导托卡马克核聚变实验装置，有“人造太阳”之称。
去年，两次刷新世界纪录，实现了可重复的1.2亿摄氏度101秒、7000万摄氏度1056秒的离子体运行。
“人造太阳”核反应的方程可能是（）A．B．C．D．2.如图所示，倾角为θ的斜面体c置于水平地面上，小物块b置于斜面上，通过细绳跨过光滑的定滑轮与沙漏a连接，连接b的一段细绳与斜面平行，在a中的沙子缓慢流出的过程中，a、b、c都处于静止状态，下列说法正确的是（）A．b对c的摩擦力减小B．b对c的压力增大C．地面对c的支持力减小D．地面对c的摩擦力减小3. 2022年10月9日，中国在酒泉卫星发射中心成功将先进天基太阳天文台卫星“夸父一号”送入预定轨道，首次实现在一颗近地卫星平台上对太阳磁场、太阳耀斑非热辐射、日冕物质抛射日面形成和近日面传播的同时观测，该卫星轨道为近极地太阳同步卫星轨道，可视为圆轨道，离地高度约为720km，如图所示，a为“夸父一号”，b为地球同步卫星，c 为赤道上随地球一起转动的物体，已知地球半径约为6400km，地球的自转周期为24小时，下列说法正确的是（）A．卫星a运行的速度大于第一宇宙速度B．a的角速度小于c的角速度C．a的向心加速度小于c的向心加速度D．a的运行周期小于24小时4.如图，一种透明柱状材料的横截面是由一个等腰直角三角形OAB和一个半圆组成的，圆的半径，一束单色光从直角三角形斜边上的D点进入材料内部后沿直线到达圆周上的C点，入射角，，，已知光在真空中的传播速度为c，则光在材料内传播的时间为（）A．B．C．D．5.如图甲为湖北省运会排球决赛的场景，排球飞行过程可简化为乙图。
运动员某次将飞来的排球从a点水平击出，球击中b点；另一次将飞来的相同排球从a点的正下方且与b点等高的c点斜向上击出，也击中b点，排球运动的最高点d与a点的高度相同，不计空气阻力，下列说法正确的是（）A．两个过程中，排球在空中飞行的时间可能相等B．运动员两次击球对排球所做的功一定不相等C．排球两次击中b点时的速度大小一定不相等D．排球两次击中b点前瞬间，重力的功率一定不相等6.如图所示，平行板电容器与电压恒定的电源保持相连，电容器的下极板B接地，P为容器两板间的一点，现将B板下移一小段距离，下列说法正确的是（）A．平行板电容器两极板间的场强E不变B．平行板电容器的电压U不变C．平行板电容器两极板间的电容C增大D．P点的电势升高7.如图所示，一质量为2kg可视为质点的小物块自斜面上A点由静止开始下滑，斜面AB的倾角为37°，A、B间距离为2m，经1s运动到B点后通过小段光滑的衔接弧面滑上与地面等高的传送带，传送带以6m/s的恒定速率顺时针运行，传送带左右两端间距离为9m，小物块与传送带间的动摩擦因数为0.2，不计空气阻力和小物块在衔接弧面运动的时间，取sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s2，下列说法中正确的是（）A．小物块在传送带上运动的时间为2sB．小物块在传送带上因摩擦产生的热量为20JC．小物块在传送带上运动过程中传送带对小物块做的功为24JD．若传送带以3m/s的恒定速率逆时针运行，其他条件不变，小物块从A点静止释放以后，在AB上运动的总路程为4.25m8.(多选题) 如图甲所示，理想变压器原、副线圈匝数比为5:1，原线圈a、b两端输入如图乙所示正弦交流电压，副线圈c、d连接的电阻R＝10Ω，下列说法正确的是（）A．理想电压表示数为B．理想电流表示数为0.4AC．电阻R的电功率为40WD．原线圈输入的交变电压的瞬时值表达式为9.如图所示，x轴上两波源持续振动，形成的甲、乙两列简谐横波分别沿x轴的正方向和负方向传播，在t0=0时刻甲恰好传到x1=-1m处，乙恰好传到x2=1m处。
托卡马克装置
●托卡马克装置：●核反应有聚变、裂变两种方式。
●核裂变：就是一个大质量的原子核（如铀(yóu)、钍(tǔ)、钚（bu）等）吸收一个中子后分裂成两个或更多个质量较小的原子核，同时放出二个到三个中子和很大的能量，●又能使别的原子核接着发生核裂变，使过程持续进行下去，这种过程称作链式反应。
●如原子弹爆炸。
●核聚变：由质量小的原子，主要是指氘或氚，在一定条件下（如超高温（近亿度）和高压），发生原子核互相聚合作用，生成新的质量更重的原子核，并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式。
如氢弹爆炸。
●托卡马克装置又称为托卡马克环流器，是一种受控核聚变实验装置。
●受控核聚变的优点：●一是理论和实践都证明，核聚变比核裂变释放出的能量要大得多；●二是资源蕴藏丰富，作为重核裂变主要原料的燃料铀，目前探明的储量仅够使用约一百年，而轻核聚变用的燃料氘在海水中储藏丰富，1升海水可提取30毫克氘，通过聚变反应能释放出相当于300公升汽油的能量。
可谓取之不尽，用之不竭；●三是成本低，1公斤浓缩铀的成本约为1.2万美元，而1公斤氘仅需300美元；●四是安全可靠，万一发生事故，反应堆会自动冷却而停止反应，不会产生放射性污染物，不会发生爆炸事故。
（日本福岛核电事故：断电无法提供冷却水，由于裂变产物衰变释放热量，使核燃料组件温度升高，压力容器内气压升高，工作人员为减压，释放压力容器内的水蒸气，使核反应堆失水，部分燃料爆露出水面，温度继续升高，使露出的燃料棒的锆合金包壳融化，于是放射性的裂变产物便释放出来，并随减压释放出的水蒸气一起排入大气，造成污染。
）●托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。
在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。
●2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。
2023-2024学年江苏省盐城市、南京市高三(上)期末调研测试物理试卷+答案解析(附后)
2023-2024学年江苏省盐城市、南京市高三（上）期末调研测试物理试卷一、单选题：本大题共11小题，共44分。
1.2023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，其中的X是( )A. 质子B. 中子C. 粒子D. 正电子2.半导体指纹传感器如图所示.当手指的指纹一面与绝缘表面接触时，指纹上凸点处与凹点处分别与半导体基板上的小极板形成正对面积相同的电容器.现使电容器的电压保持不变，手指挤压绝缘表面过程中，电容器( )A. 电容变小B. 带电量变小C. 处于充电状态D. 内部场强大小不变3.利用如图所示的实验器材，不能完成的实验是( )A. 验证牛顿第二定律B. 研究自由落体运动规律C. 验证机械能守恒定律D. 测量重力加速度的大小4.如图所示，直线加速器由多个横截面积相同的金属圆筒依次排列，相邻圆筒间的距离相同，其中心轴线在同一直线上，A、B接在电压大小不变、极性随时间周期性变化的交变电源上，粒子从序号为0的金属圆板的中心沿轴线进入圆筒。
则粒子( )A. 在加速器中一直做匀加速直线运动B. 只在金属圆筒内做匀加速直线运动C. 只在相邻两个金属圆筒间做匀加速直线运动D. 在加速器中一直做加速度增大的变加速直线运动5.在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转．如图所示，ABCD是棱镜的横截面，其中、现有与BC面平行的三条同频率的光线1、2、3从AB面射入，经AD 面全反射后直接从CD面射出．设三条光线在棱镜中传播的时间分别为、和。
则( )A. B. C. D.6.2023年10月26日，神舟十七号在酒泉卫星发射中心点火升空，成功将航天员汤洪波、唐胜杰、江新林顺利送入太空．发射入轨后，神舟十七号成功对接于空间站核心舱前向端口，形成三舱三船组合体，对接后的组合体仍在空间站原轨道上运行．对接前，空间站与神舟十七号的轨道如图所示。