托卡马克装置

据新华社合肥9月11日电（记者蔡敏）记者从中科院合肥物质科学研究院了解到，我国新一代“人造太阳”实验装置EAST与美国通用原子能公司托卡马克实验装置DIII-D近日首次联合实验并获得成功，实验验证了完全依靠自举电流和非感应驱动电流的托卡马克高性能稳态运行的可行性。 据介绍，此次实验的主要目的是利用DIII-D的离轴加热与电流驱动能力模拟EAST的实验条件，实现高比压、高自举电流份额的完全非感应电流高约束等离子体，并利用DIII-D全面先进的物理诊断和分析工具进一步加深对相关物理问题的理解，为EAST实现具有高参数的完全稳态等离子体探索出一种先进的运行模式。 实现托卡马克实验装置高性能稳态运行是国际热核聚变实验堆（ITER）的目标之一。EAST作为一个超导托卡马克装置，为ITER预演稳态运行是其重要使命。EAST下轮实验加热功率将升级到超过20兆瓦，如何使用这些功率实现具有高参数的稳态等离子体，是目前面临的一个关键课题。 通过与美国通用原子能公司此次合作，中科院等离子体所科研人员在DIII-D上模拟了EAST的实验条件，成功实现了与EAST等效旋转扭矩注入，及相同电流爬升率条件下，具有内部输运垒、高自举电流份额、超宽电流分布等条件的完全非感应电流高性能等离子体，从而验证了完全依靠自举电流和非感应驱动电流的托卡马克高性能稳态运行的可行性。 中国是国际热核聚变实验堆（ITER计划）的参与国之一。EAST是由中国独立设计制造的世界首个全超导核聚变实验装置，2007年3月通过国家验收，并在近年来取得了一系列实验成果。其科学目标是为ITER计划和中国未来独立设计建设运行核聚变堆奠定坚实的科学和技术基础。

http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035187.jpg这是利用磁场对等离子进行约束的“托克马克”（Tokamak）装置http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035188.jpg世界上最大的核聚变实验装置（ITER）与人大小比较http://photocdn.sohu.com/20120430/Img342035189.jpg正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置（ITER）的工地。该装置预计耗资达200亿美元。　　【搜狐科学消息】据国外媒体报道，“核聚变”是驱动宇宙运行的能源，在每一颗燃烧的恒星的核心都发生着剧烈的核聚变反应。如果想要在地球上人工创造一颗“人造小太阳”，那么将是非常困难的。因为使相互排斥的带同种电荷的原子核靠近并发生融合需要很大的能量。更麻烦的是，如果进一步给核聚变等离子体增加能量，那么就会导致整个核反应过程崩溃而停止。现在，来自能源部“普林斯顿等离子体物理实验室”（Princeton Plasma Physics Laboratory）的研究人员或已经为该问题找到了一个合理的解释和解决方案。　　人工可控核聚变有多种方式，但最常用的方式是利用磁场进行约束的“托克马克”（Tokamak）装置，这种装置是把炽热的等离子体用磁场约束在反应器内部。不幸的是，有一种叫做“密度极限”（Density limit）的内在机制制约着等离子体密度的进一步升高，如果等离子体在临近达到这个极限的时候，再继续为其输入能量，那么就会导致等离子体的崩溃。现在，等离子物理实验室的科学家们相信他们已经发现了是什么原因导致等离子体的这种行为。他们的研究论文已经发表在了著名的《物理评论快报》（Physics Review Letters）上。　　在等离子体内部可形成一种“岛”（islands）状结构，由于其中含有杂质，导致在聚变反应中它能带走等离子体的一些热量。虽然科学家在很多年前就已经知道了这些岛状结构的存在，但是一直没有人深入的分析它是如何对等离子体的稳定性产生影响，从而导致产生存在密度极限的。普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在还没有完全能够对这些岛状结构进行完整数学描述之前，就已经发现了导致出现密度极限的数学方程。　　基于这个认识，科学家正准备在麻省理工学院（MIT）的Alcator C-Mod托克马克装置和通用原子公司的DIII-D托克马克装置上进行检验他们的理论。如果该理论最终通过了实验验证，那么就会指导科学家们进一步提高等离子体密度极限，实现自持的可控核聚变反应，并最终实现核聚变发电。现在欧盟、美国以及其他的5个国家正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置——ITER（International Thermonuclear Experimental Reactor）。该装置预计耗资达200亿美元。（编译：双螺旋）

中国科技网讯 近日，德国马克斯—玻恩非线性光学与短脉冲光谱学研究所（MBI）的研究人员与国际伙伴一起研发了一个试验装置，首次可以准确确定电子从隧道效应障碍物中出来的时间点。该研究为原子和分子中的“多电子重排”在空间和时间上的直接分辨提供了一个普遍方法。相关研究发表在《自然》杂志上。 在神奇的量子世界里原子和分子不再适用经典的物理规律。在这里，电子可以克服能垒，尽管他们没有必要的能量，这就是所谓的“隧穿效应”。直接测量量子世界里的进程是非常困难的，尤其当他们时间尺度特别短的时候。因此，MBI的研究人员与来自以色列、加拿大和英国的同事一起研发了一个试验装置，让各种物理量的大小可以在比飞秒还短的时间尺度内变化。通过测量和计算的比较，科学家获得了一个量子时钟，从而能够以阿秒的精度确定发生电子隧穿的时刻。 研究人员先用一个强激光场诱导来自氦原子的电子隧道效应，再用一个较弱的探测激光场将发生隧道效应的电子引到侧向进行研究。这其中带正电的原子核的吸引力就表现为需要克服的能垒，而缓慢振荡并垂直照射隧穿电子的弱激光场则可以让电子像被橡皮筋牵引一样向原子核运动。当电子与原子核接近时会出现光闪烁的特性，这就是所谓的高次谐波。通过测量这些高次谐波的频率、偏转电子飞行路径的长度和偏转激光场的属性，研究人员就可以最终计算出电子跨越能垒的准确时间点。 MBI的奥尔加·斯米尔诺娃博士用一个简单的比喻来解释她们是如何得到电子隧穿时间点的。她说：“当你从一家咖啡店出来走向对面的公共汽车站，弱激光场就像左右交替吹的风，把你往路旁推。当我们知道了风的特点，即有多大、如何改变方向，我们就能说出你走出门口的时间。” 现在，研究人员继续用二氧化碳分子来进行类似的实验。相对于只有两个电子的氦，二氧化碳分子有20个电子。它们可能会停在不同的轨道，隧穿的电子根据所处轨道的不同会有一个很小的时间延迟。这个实验首次给了物理学家确认隧穿电子源头的机会。（驻德国记者 李山） 《科技日报》（2012-08-13 二版）