紧凑型聚变反应堆电子温度破纪录

据报道,美国聚变能源技术公司Zap Energy采用独特方法——剪切流Z箍缩,使核聚变温度远远超过了10000000℃,而且该设备规模比其他聚变系统小得多。10000000℃大致相当于太阳核心温度,是核聚变温度的一个里程碑。自人类首次产生聚变反应以来的90年里,只有少数技术能使聚变等离子体电子温度达到10000000℃。研究论文详细介绍了Zap Energy公司的聚变Z箍缩实验(FuZE)。对1~3 keV等离子体电子温度进行测量,大致相当于11000000~37000000℃。实验中,电子能够快速冷却等离子体,突破了聚变系统的关键障碍。研究人员认为,FuZE是目前实现可控核聚变的最简单、最小且成本最低的设备。

聚变反应堆校正场结构优化及性能分析

针对核聚变反应堆校正场线圈的结构进行了优化,确定了满足物理和工程装配的线圈结构。针对校正场线圈进行电磁分析,并得到线圈磁场和电磁力分布。根据广义胡克定律,利用有限元方法将线圈绕组材料属性等效,以简化结构计算模型。通过建立结构分析模型,计算电磁力载荷下的校正场线圈强度,确定了线圈盒厚度,支撑位置及支撑数目。最后为保证校正场线圈始终处于低温工作环境,根据校正场线圈结构和热负载,提出并确定线圈液氦冷却管方案。

全球最大核聚变反应堆成功点火

近日,全球最新、规模最大的核聚变反应堆JT-60SA成功点火,成为实用型核聚变能源漫长发展进程中的一个里程碑。据《科学》报道,JT-60SA是一个由日本和欧盟共同合作建造运行的超导托卡马克装置,位于茨城县日本原子能研究开发机构(JAEA)内。

惯性约束聚变反应速率测量

聚变反应速率是表征惯性约束聚变热核反应的重要参数,为测量聚变反应速率,研制了一套由闪烁体及鼻锥部分、光学系统和条纹相机组成的测量系统。在神光Ⅲ原型装置上利用新研制的聚变反应速率测量系统进行了聚变反应速率测量。在DT中子产额约为1010条件下,首次获得了聚变反应速率随时间的变化过程。对影响聚变反应速率测量的相关因素进行详细分析后表明,系统的时间分辨力优于30ps。

高时间分辨的聚变反应峰值时刻测量

聚变反应峰值时刻是表征惯性约束聚变热核反应的重要参数。在神光Ⅲ原型装置上利用新研制的具有高时间分辨的聚变反应历程测量系统对聚变反应时间过程进行了测量,通过引入时标光获得了对应不同碳氢(CH)烧蚀层厚度的聚变反应峰值时刻数据,测量结果表明:在当前的实验条件下,聚变反应峰值时刻落后入射激光0.7～1.0ns,增加烧蚀层厚度或氘氚(DT)燃料气压均会导致聚变反应峰值时刻与入射激光间的相对延时增加。

聚变反应时间历程的双峰结构测量

利用新研制的聚变反应速率测量系统,在神光Ⅲ原型装置上测量了间接驱动时充DT气体的玻璃球壳内爆靶丸的聚变反应速率的时间历程,获得了DT中子产额约为1010时的聚变反应速率随时间的变化过程,发现了聚变中子发射在时间上的双峰结构。利用辐射流体程序对聚变中子在时间上的双峰结构进行了数值模拟,发现双峰结构分别由冲击压缩过程和惯性压缩过程产生,靶丸壳层厚度不同时产生的聚变中子发射双峰强度比变化可能是由靶丸的初始表面调制度不同所致。通过理论模拟与实验结果的对比,验证了中子聚变反应历程的双峰结构。

热核聚变反应堆关键结构件的连接技术进展

综述了热核聚变反应堆关键结构件——面向等离子元件在连接方法、工艺及机理方面的现状,分析了存在的问题,并对今后的研究进行了展望。

聚变反应速率测量光学系统设计

基于塑料闪烁体和条纹相机设计了聚变反应速率测量系统,论述了测量光学系统的工作原理和设计方法。通过设置防辐射石英玻璃窗,防止了光学元件受强X射线辐射而变暗;采用晶体等紫外透过率高的光学材料,满足了光学系统对透过率的要求;光学系统像面与条纹相机的阴极面直接对接,解决了条纹相机孔径不匹配的问题;最后在一次像面设置场镜,大幅缩小了光学元件的口径。设计的光学系统总长为2 660mm,放大倍率为1/3,像方F/#数达到0.667,系统透过率达到67%,时间弥散小于7.3ps。这些结果能够适应不同中子产额的实验需求,在激光打靶实验中取得了较好的实验效果。

扩散连接技术在核聚变反应堆包层模块制造中的应用

国际受控热核聚变实验堆计划是全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一,有望彻底解决能源危机。核聚变反应堆关键部件——包层模块的结构复杂、体积庞大,且服役环境恶劣,焊接接头成为影响反应堆安全运行的薄弱环节。以扩散连接为代表的固相焊接技术对接头性能及组织影响较小,已逐渐取代熔化焊应用于包层模块复杂构件制造。在简要介绍扩散连接及其原理的基础上,对包层模块构件扩散连接的研究进展进行了阐述,包括低活化铁素体/马氏体钢及氧化物弥散强化钢构件的扩散连接,Be,W,Si C等其他先进高温材料的扩散连接等。

低能带电粒子聚变反应中的静电屏蔽效应

系统地评述了天体物理感兴趣能区带电粒子核反应中电子屏蔽效应的实验及理论研究的进展 ,简要地介绍了恒星热核反应中等离子体静电屏蔽效应理论探讨的概况 .着重说明深入研究天体物理环境对核过程的影响是核天体物理学的重要课题之一 .

基于蒙特卡罗-离散纵标方法的氘氚激光等离子体聚变反应率数值模拟

惯性约束聚变(ICF)是实现受控热核聚变可能途径之一.聚变中子源项是氘氚激光等离子体物理设计与分析的重要参数之一,其准确性直接影响分析结果的可靠性.目前国内外对于ICF氘氚聚变反应产生的中子源项研究主要基于解析公式法,在温度和反应类型等方面适用范围有限.本文采用粒子云概念对氘、氚粒子云团开展了随机抽样与时空网格划分,然后基于麦克斯韦速率分布律对氘氚聚变反应开展了多普勒能量展宽效应分析与微分截面温度修正工作,耦合蒙特卡罗方法和离散纵标方法,开展了激光等离子体中D-T粒子云团聚变反应率的数值模拟工作.研究结果显示,与原核数据库截面相比,D-T,D-D,T-D截面经修正后多普勒温度效应显著.在20 100 keV的等离子体温度范围内,相较传统的解析公式法,本文模拟结果更符合最新的ENDF核数据库的氘氚反应截面数据,且与解析公式法结果在低能区存在较大误差,可能是计算方法不同与低温截面差异过大原因导致.

氘-氘聚变反应高能γ射线产额的实验研究

本文对低能D(d,γ)~4 He聚变反应进行了实验研究。由于D(d,γ)~4 He聚变反应γ射线的产额低、能量高、本底大,实验采用大NaI-塑料闪烁体反康谱仪,以提高探测效率并降低宇宙线的影响;采用脉冲束飞行时间方法区分中子和γ射线,以减小中子和宇宙线本底的影响。实验测量了300keV d束轰击厚D靶和薄D靶两种情况下的γ数据。在计算反应产生23.8 MeV的高能γ峰面积时,采用了拟合法扣除本底。实验测得,对厚靶,D(d,γ)4 He反应截面为2.47×10^(-37) m^2;对薄靶,D(d,γ)4 He反应截面为4.36×10^(-37) m^2。

核聚变反应堆用功能涂层制备技术发展现状

从制备技术角度分析了近年来在核聚变反应堆研制过程中第一壁热沉材料、第一壁结构材料、阻氚渗透层、中子吸收材料的发展现状。

纳秒级d－T聚变反应的16．7MeVγ测量

ｄ－Ｔ聚变反应产生的１６７ＭｅＶγ射线很弱，必须从很强的γ、中于混合场中筛选出来，故要求探测系统有高的信噪比，快的时间响应和宽的动态范围。利用高能γ与介质相互作用的康普顿效应及其定量对应关系，由扇形聚焦磁场一次偏转，用ＣＯ２气体切连科夫探测器（ＧＣＤ）探测电子束，或由扇形聚焦磁场（ＳＣＤ）二次偏转，用有机玻璃切连科夫探测器测电子束。仔细考虑了探测装置的辐射屏蔽和探测系统的电磁屏蔽。分别在“闪光－１”装置、ＤＨＪ－２５回旋加速器和２ＭＶ直线加速器上对探测装置进行了模拟检验实验和标定实验。在实际测试中，首次获得了纳秒级ｄ－Ｔ聚变反应产生的１６７ＭｅＶγ波形。

低能聚变反应中的电子屏蔽效应

简要介绍了天体物理感兴趣能区带电粒子核反应中的电子屏蔽效应的实验及理论研究。为深入了解电子屏蔽效应的机制 ,在鲁尔大学DTL实验室 1 0 0kV加速器上采用一系列氘化金属靶、氘化绝缘体靶和氘化半导体靶进行了D(d ,p)T反应的研究。实验结果表明 ,大多数氘化金属靶中的电子屏蔽效应较大 ,而氘化绝缘体靶和氘化半导体靶中的电子屏蔽效应相对较小。在对金属中的电子做准自由近似后 ,应用经典的德拜模型可对氘化金属靶的结果给出一种合理的解释 ,验证实验正在进行中。从实验数据中还可得到有关各种材料对氘的吸附能力方面的信息。

D－T聚变反应堆α粒子逃逸问题的探讨

Ｄ－Ｔ聚变反应堆α粒子逃逸问题的探讨当去年１２月美国普林斯顿大学的托卡马克聚变实验反应堆（ＴＦＴＲ）开始点燃５０：５０氘－氚（Ｄ－Ｔ）混合燃料时，一个重要的问题便提了出来：在聚变反应中产生的高能α粒子（氦原子核）的是怎样的呢？对于未来的反应堆来说，即...

专家认为核聚变反应堆在经济上可行

根据最新的研究，核聚变反应堆在今后几十年内可能成为经济可行的发电方式，政策制定者应该开始计划建造核聚变反应堆来替代传统的核电站。英国牛津郡的Durham大学和Culham核聚变能中心研究人员重新审视了核聚变的经济性，首次考虑了超导技术方面的研究进展。

等离子体理论—用球形托卡马克建立D-^3He聚变反应堆的可能性

最近几年，在磁约束聚变研究中，一类新的途径，即叫做球型托卡马克或叫做球形环的途径，取得了重要的进展,同时，托卡马克继续取得进展，国际热核实验反应堆计划（ITER）已进入实施阶段。在球形环实验中，经常可以达到高达50％以上的磁流体稳定的比压值。球形环的约束定标关系，虽然不如托卡马克那样具有庞大的数据库，但看起来也不比托卡马克差。于是，基于D及^3He之类先进燃料的聚变反应堆的兴趣有所回升，因为这类反应堆产生的高能中子的数量要小很多，后者对第一壁的损伤使得壁材料问题成为一个很困难的问题。本文利用ITER设计中公认的定标律及运行参数窗口来探讨建立基于球形环概念的D和^3He燃料的聚变反应堆的可能性。

化学气相沉积的金刚石圆盘是科学家控制核聚变反应不可或缺的材料

因为核电能够给人们提供一种环境友好型能源，所以世界各地的科学家都在为实现这一目标而努力。而在这高精尖的研究领域中却涉及到一个人们鲜为人知的材料，那就是金刚石，它实际上是一种在核聚变技术中不可或缺的材料。近日，卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究人员开发出了一种金刚石圆盘，用于在核聚变反应中将原料加热成等离子态中的窗户单元。