等离子体所实习报告

中国科学院等离子体物理研究所实习报告姓名:王洋洋班级:20101513学号:20101513052013年8月1概述早就听说“人造太阳”比“登天”还难，很想去中国的聚变基地去看一看，了解相关的情况，这个愿望最终得以实现。这次2013年7月8号到7月12号为期5天的实习。第一天上午主要是王青老师主持一个欢迎会和高翔老师作的一个受控核聚变研究进展的科普报告。第一天下午是对等离子体所进行了一个总体的参观了解，主要有低温工程与应用研究室、托卡马克物理实验研究室、直流脉冲发电机组、EAST全超导托卡马克装置、超导实验室和氦低温系统的研究室等。第二天之后我组主要是在余耀伟和张继宗两位老师的带领下，对托卡马克物理实验研究室的实习参观，其间进行的内容主要是了解诊断组和真空组的情况、参观相关的实验装置。阅读相关的文献。展开相应的讨论。围绕着大致三种实习目的，一是把我们所学到的专业基础知识与实践相结合；二是巩固专业理论教学的效果，培养我们调查、研究、观察问题的能力；三是使得我们更好地了解社会、了解将来可能从事的行业，为将来更快的适应工作打下基础。为此目的，这一行的实习开展了多种多样的实习形式，主要有：参观、讨论、听取报告、阅读文献、查取资料、同老师交流，学生间互相交流等，感触与收获还是蛮多的。这次实习收获很大，最重要感触是：核聚变的道路上可谓是困难重重，可是凭借我们的学识、眼光与能力，我们将逐渐解决各种困难，对于某些误入的死胡同，我们也会有大胆的假设，巧妙的构想，从而另辟新途，开创天地，从而在“人造太阳”的路途上更近一步。其实这也是对自己所学相关内容的一次深化，虽然聚变和裂变是有些差别的，不过在很多方面，它们拥有共同点，在总体的设计上，所遵循的能量转化方式是相同的，大致按照核能-热能-机械能-电能的方向走，以一个旁观者的身份来看这件事，变得具有很大的借鉴意义，对自己的想法也是大大的开拓，对于将热量导出来到发电的这一块，与裂变是非常相似的。最后是这次实习对自己阅历的丰富，眼界的扩展都有很大的意义，对于激发自己科研的兴趣，对知识进行获取和探索也有很大的激励作用。依据我的了解，虽然核聚变相关的研究工作已经开展了好多年，并且可能还要进行为期几十年甚至更长时间的研究，才能达到我们设想的受控核聚变的目的。从这一行实习，我看到有些研究条件是挺艰苦的，可是对于研究本身的兴趣还有对于人类、环境的方面责任会使我们的工作不断向前，同时这个过程也是人生价值的不断实现过程。2等离子体研究所概况中国科学院等离子体物理研究所（简称“等离子体所”，英文缩写为ASIPP）筹建于20世纪七十年代初，正式成立于1978年9月，其前身为“合肥受控热核反应研究实验站”。主要从事高温等离子体物理、磁约束核聚变工程技术及相关高技术研究和开发，以解决人类未来战略新能源——受控热核聚变能为目标。等离子体所是我国热核聚变研究的重要基地。先后建成并运行了三代托卡马克核聚变实验装置——常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M，我国第一个圆截面超导托卡马克HT-7，世界上第一个非圆截面全超导托卡马克EAST。随着EAST辅助加热系统建设和装置升级改造，EAST将在国际聚变界上起到更加重要的作用，为ITER和我国下一代聚变堆奠定必要的科学技术基础。经过近35年的发展，等离子体所在高温等离子体物理实验及核聚变工程技术研究方面处于国际先进水平，已形成了广泛的国际交流与合作，与欧、美、日、俄、澳等近三十个国家和地区建立了稳定合作交流关系。成为“第三世界科学院开放实验室”和“世界实验室聚变研究中心”。在中国第一次以完全平等身份参加迄今最大的国际科技合作项目“国际热核聚变实验堆计划（ITER）”后，等离子体所成为ITER中国工作组的重要单位之一，承担了PF与TF导体、校正场线圈、超导馈线、电源与诊断等采购包。目前采购包研制进展已处于ITER合作方的前列。2012年初，等离子体所筹建“淮南新能源研究中心”。中心目标是建立国家级的科研院所，建成国际一流的新能源研究基地；总体定位是面向国际前沿、面向国家战略需求，面向地方经济需求；发挥国家级科研机构的骨干与引领作用；实现从应用基础研究到产业化创新价值链的形成。未来主要承担聚变能源及新能源科学相关领域的研究应用、学术交流和人才培养等工作。等离子体所高度重视大科学工程项目派生出来的技术应用及其发展，积极开拓新的研究领域和交叉科学，确立了低温等离子体技术在环境、新能源、化工、新材料等领域的应用研究。其中，太阳能材料与工程研究方面，建成大面积染料敏化太阳电池制作实验线，并在安徽省铜陵市建立了“染料敏化太阳电池中试生产基地”。等离子体技术应用方面，积极进行技术成果转化，2012年底与黑龙江省牡丹江市签约建设“中科院等离子体应用技术中试基地”。3实习内容我于2013年7月8号到7月12号在中国科学院等离子体物理研究所进行了为期5天实习。实习一行有我核学院30名同学，30个同学被分成五个组，分别去五个不同的研究室去实习。五个研究室分别是，一室总体设计研究室，二室托卡马克物理实验研究室，三室低温工程与应用研究室，四室低温等离子体应用研究室，五室中性束注入研究室。我被分在了第二室，也就是托卡马克物理实验研究室。我们这一组实习的内容是这样的，7月8号（实习第一天）上午在等离子体四号楼六楼中间会议室，首先是一个简短的欢迎会，其次听取的高级研究员高翔老师作的一个关于受控核聚变的研究进展的科普报告。之后各个组分别去各自的带队老师那里，听取一些实习的安排，以及进行一些相关的对于对方还有等离子体所的了解与讨论。下午对等离子所就行了一个科普参观。主要是低温工程与应用研究室、托卡马克物理实验研究室、直流脉冲发电机组、EAST全超导托卡马克装置、超导实验室和氦低温系统的研究室等。余下的四天主要是在余耀伟和张继宗两位老师的带领下，对于托卡马克物理实验研究室进行了更为细致的参观了解，主要是了解诊断组、真空组情况，参观相关的实验装置，阅读相关文献，展开相应的讨论等。当然期间在有时间的时候，我也参加了其他一些活动，比如同所里的作等离子体理论的老师还有设计组的老师进行了询问与讨论，去中国科学技术大学，听取了一个与聚变相关的前期概念设计的小报告，参观了解了国家实验室同步光源辐射中心等。3.1高翔研究员作的科普报告：受控核聚变的研究进展（1）世界人口发展以及能源消耗到2100年，世界人口将达到百亿。人口的增长，随之而来得是人类对能源的需求，而今天人类能源的主要来源都是地球上的“化石能源”，包括石油，煤，天然气等。人类自1973年以来，共向地球索取了5000亿桶（约合800亿吨）石油，剩下的石油按现有生产水平匡算，还可保证开采44年。天然气也只能持续开采56年，一些国家的煤炭资源已采掘殆尽。（2）核能是人类未来能源的选择矿物能源不仅造成各种污染和“温室效应”，而且大约在200年之内，石油、煤和天然气资源都有枯竭之虞。从长远来看，核能将是继石油、煤和天然气之后的主要能源，人类将从“石油文明”走向“核能文明”。世界上的每一种物质都处于不稳定状态，有时会分裂或合成，变成另外的物质。物质无论是分裂或合成，都会产生能量。由两个氢原子合为一个氦子，就叫核聚变，太阳就是依此而释放出巨大的能量。大家熟悉的原子弹则是用裂变原理造成的，目前的核电站也是利用核裂变而发电。（3）什么是核聚变？核聚变，又称核融合、融合反应或聚变反应，是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核（或粒子）的一种核反应形式。两个较轻的核在融合过程中产生质量亏损而释放出巨大的能量，两个轻核在发生聚变时因它们都带正电荷而彼此排斥，然而两个能量足够高的核迎面相遇，它们就能相当紧密地聚集在一起，以致核力能够克服库仑斥力而发生核反应，这个反应叫做核聚变。举个例子：两个质量小的原子，比方说氘和氚，在一定条件下（如超高温），会发生原子核互相聚合作用，生成中子和氦-4，并伴随着巨大的能量释放。原子核中蕴藏巨大的能量。根据质能方程E=mc²，原子核之净质量变化（反应物与生成物之质量差）造成能量的释放。如果是由重的原子核变化为轻的原子核，称为核裂变，如原子弹爆炸；如果是由较轻的原子核变化为较重的原子核，称为核聚变，如恒星持续发光发热的能量来源，一般来说，这种核反应会终止于铁，因为其原子核最为稳定。（4）核聚变研究的基础——等离子体等离子体物质的第四态，也是存在最广泛的一种物态,目前观测到的宇宙物质中,99%都是等离子体。荧光灯、霓虹灯灯管中的电离气体、核聚变实验中的高温电离气体、电焊时产生的高温电弧、火焰(上部)、宇宙中的恒星（太阳）、地球南北极的极光等都是常见的等离子体物质。研究核聚变的基础是近亿度的高温等离子体。（5）可控核聚变研究JET（欧洲共同体）JE-60（日本）EUR-CEA（法国）由于直接利用太阳能比较困难和低效，人类设想造一个人造太阳，在地球上进行可控核聚变。也就是把太阳这个大反应堆缩小后搬到地球上。核聚变反应利用了氘和氚聚变反应，而氘在海水中大量存在。海水中大约每600个氢原子中就有一个氘原子，海水中氘的总量约40万亿吨。1升海水中所含的氘完全聚变所释放的聚变能相当于300升汽油燃料的能量。按目前世界消耗的能量计算，海水中氘的聚变能可用几百亿年。因此，核聚变能是一种取之不尽用之不竭的新能源。50年来，全世界共建造了上百个托卡马克装置，在改善磁场约束和等离子体加热上下足了功夫。掀起了世界范围内托卡马克的研究热潮。这其中特别是欧洲的JET已经实现了氘、氚的聚变反应。1991年11月，JET将含有14%的氚和86%的氘混合燃料加热到了摄氏3亿度，聚变能量约束时间达2秒。反应持续1分钟，产生了1018个聚变反应中子，聚变反应输出功率约1.8兆瓦。1997年9月22日创造了核聚变输出功率12.9兆瓦的新记录。这一输出功率已达到当时输入功率的60%。不久输出功率又提高到16.1兆瓦。现在在托卡马克上最高输出与输入功率比已达1.25。俄、日、美、欧从1985年开始实施“ITER计划”，中国从2003年开始参加，等离子体所是中国的主要承担单位之一。ITER计划是一个大型的国际科技合作计划，它要建设一个更大型的全超导非圆截面托卡马克，验证聚变反应堆的工程可行性，总工程造价46亿美元，工程建设即将开始，预计8到10年完成。俄、日、美、欧从1985年开始实施“ITER计划”，中国从2003年开始参加，等离子体所是中国的主要承担单位之一。ITER计划是一个大型的国际科技合作计划，它要建设一个更大型的全超导非圆截面托卡马克，验证聚变反应堆的工程可行性，总工程造价46亿美元，工程建设即将开始，预计8到10年完成。中国参与ITER国际项目包括HT-7超导托卡马克装置本体、大型超高真空系统、大型计算机控制和数据采集处理系统、大型高功率脉冲电源及其回路系统、全国规模最大的低温氦制冷系统、兆瓦级低杂波电流驱动和射频波加热系统以及数十种复杂的诊断测量系统。在十几次实验中，取得若干具有国际影响的重大科研成果。特别是在2003年3月31日，实验取得了重大突破，获得超过1分钟的等离子体放电，这是继法国之后第二个能产生分钟量级高温等离子体放电的托卡马克装置。（6）未来的聚变核电站人类的发展，即是追求梦想的旅程。不久的将来，一颗“人造小太阳”将在地球上冉冉升起。3.2参观了解东方超环（EAST）大厅（1）东方超环（EAST）基本概况先进实验超导托卡马克实验装置（ExperimentalAdvancedSuperconductingTokamak，缩写：EAST），原名HT－7U，又被称为“人造太阳”，是中国科学院等离子体物理研究所在中国安徽省省会合肥市建设的世界第一个全超导磁体托卡马克核聚变反应试验性装置，属于中国国家“九五”重大科学工程。为了在近堆芯的高参数条件下研究等离子体的稳态和先进运行，深入探索实现聚变能源的工程、物理问题，等离子体所在成功建设东方超环（EAST）中国第一个超导托卡马克HT-7的基础上，提出了“HT-7U全超导非圆截面托卡马克装置建设”计划。为使国内外专家易于发音、便于