第29卷 第7期2010年7月
中国材料进展
MATERIALSCHINA
Vol 29 No 7
Jul 2010
磁约束核聚变托卡马克等离子体
与壁相互作用研究进展
吕广宏,罗广南,李建刚
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(1 北京航空航天大学物理科学与核能工程学院,北京100191)(2 中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥230031)
摘 要:核聚变能是潜在的清洁安全能源,其最终的实现对中国能源问题的解决尤其重要。磁约
束托卡马克是目前最有可能实现受控热核聚变的方法。磁约束聚变能的实现面临两大瓶颈问题:高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(Plasma WallInteractions,
PWI)过程和机理
PFM)
的深入理解。PWI现象主要发生在托卡马克磁场最外封闭磁面以外的边界等离子体(又称为刮削层,Scrapped OffLayer,SOL)和直接接触SOL的面对等离子体材料(Plasma FacingMaterials,区域内。因此,
PWI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
寿命。弄清PWI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。
吕广宏
对PWI国内外研究现状进行了详细的总结评述,并阐述了PWI的未来发展趋势和亟待解决的问题。
关键词:磁约束核聚变;托卡马克;等离子体与壁相互作用
1674-3962(2010)07-0042-07
中图分类号:O4-1 文献标识码:A 文章编号:
ResearchProgressonPlasma WallInteractionsinaMagneticConfinementTokamak
L Guanghong,LUOGuangnan,
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LIJiangang
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(1 DepartmentofPhysicsandNuclearEnergyEngineering,BeihangUniversity,Beijing100191,China)
(2 InstituteofPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China)
Abstrac:tFusionenergyisapotentialcleanandsafeenergyresource,anditsrealizationwillplayakeyroleontheen
ergyresourcerequirementinChina.Atpresent,themagneticconfinementTokamakisconsideredasthemostpromising
methodtorealizethecontrolledthermonuclearfusion.However,twobottleneckproblemsexistforTokamak.Oneishowtoproducethehigh parametersteady stateplasma,andtheotherishowtochoosethekeymaterialsinTokamakaswellasthefuturereactor.UnderstandingofprocessandmechanismforPlasmaWallInteraction(PWI)isgenerallythoughtasanecessarywaytosolvethematerialproblem.PWIisalsoregardedasoneofthekeyissuesforthesuccessofInternationalThermonuclearExperimentalReactor(ITER),becauseitdirectlydeterminessafetyoftheITERoperation,R&Dprocessofwallmaterials,andthelifecycleoffuturewallinITER.Inthispaper,wereviewtherecentprogressinPWI,andfurtherelucidateitsdevelopmentandthekeyproblemswehavetofaceinthefuture.Keywords:magneticconfinementnuclearfusion;tokamak;plasma wallinteraction
1 前 言
随着化石能源的枯竭,人类面临着严重的能源危机。核聚变能是潜在的清洁安全能源,其燃料氘大量存
在于海水之中,几乎取之不尽用之不竭。因此,核聚变能被认为是人类能源问题的终极解决方式。核聚变能的
最终实现对中国能源问题的解决尤其重要。因为库仑排斥作用使核聚变反应非常困难,使用强磁场约束等离子体并加热至极端高温的 托卡马克 方式是目前最有可能实现受控热核聚变的方法,而可能实现长脉冲(稳态)高参数运行的全超导磁约束托卡马克则是目前最有发展前途的热核聚变装置。目前,在国际上两个大型磁约束聚变装置TFTR和JET中,人类已成功实现了11收稿日期:2009-11-09
(2009GB106000);国家自然科学基金资助项目(50871009)
基金项目:国际热核聚变实验堆计划(ITER)专项资助项目
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