以研究受控核聚變的科學可行性以及開發和試驗各種高溫電漿的加熱和約束方法及聚變堆工程技術為目的，可以進行診斷測量的各種實驗裝置。可以分為兩大類型，即磁約束聚變實驗裝置(含工程試驗裝置)及慣性約束實驗裝置。
基本介紹
- 中文名：聚變實驗裝置
- 外文名：fusion experiment device
磁約束聚變實驗裝置,慣性約束聚變實驗裝置,
磁約束聚變實驗裝置
從磁約束位形和裝置結構特徵上又分為環形裝置和直線裝置兩類，各自又包括若干各具特點的子類型裝置。如環形裝置中有托卡馬克型、仿星器型、反場箍縮型等。直線裝置中有磁鏡型、Z-箍縮型、緊緻環型(幾何形狀為直線)。所有聚變實驗裝置都必須具有加熱和約束高溫電漿的功能，一般由下述部件組成：①磁體。用於產生所要求的磁場位形。視磁場強弱及其維持時間不同，可採用常規水冷磁體、低溫液氮冷卻磁體及超導磁體。常規水冷磁體是裝置的主要耗能部件，能提供6T以下磁場；液氮冷卻磁體用於強磁場緊湊型裝置，磁場強度可達14T；一些長脈衝裝置及未來聚變堆要採用超導磁體，能產生10T大小的磁場。②真空系統。電漿處於內真空室中，有物質孔闌或磁孔闌將灼熱內芯與室壁隔離。內真空室需預先抽至10Pa的高真空，且所有面向電漿的材料需經特殊處理。③加熱部件。已發展得較成熟的強功率加熱設備有：強流高能中性粒子注入線、三種頻段(離子迴旋、電子迴旋及低混雜頻段)的強功率波發生器及傳輸耦合系統。④電源。大型裝置常採用高功率飛輪電機及直接從大型電網取電的方案，要求總供電量達幾十萬千瓦。⑤燃料補充設備，包括噴氣系統及冷凍高速燃料小丸注入機(丸速0.4~4km/s)。⑥診斷測量設備及數據採集和處理系統。⑦遠距離操縱及輻射防護系統。⑧氚處理系統。最後兩類系統是氘氚燃燒實驗裝置所必需的。
除用於研究高溫電漿物理的裝置外，由於聚變堆涉及許多新工藝問題，還建立了一些大型的單項工藝試驗裝置，如：①大型超導線圈工程(LCT)，由6個大孔徑D形(3.5m×4.5m)鈮鈦及鈮三錫超導線圈組成環形，可產生8T的磁場；②氚系統試驗裝置，最大的美國勞斯阿拉摩斯的TSTA裝置能處理150g氚；③旋轉中子源，用於堆材料試驗，美國勞倫茨利弗摩爾國家實驗室的PTNS-Ⅱ可產生能量為14MeV，通量為2×10s的中子。
目前，美、歐共體、日、俄正著手聯合研究一個國際熱核實驗反應堆(ITER)，採用托卡馬克位形，構想在21世紀初建成，預計投資為40~100億美元。
慣性約束聚變實驗裝置
由驅動器、靶室及測量診斷設備組成，驅動器是最主要部件。實際採用的大功率驅動器有雷射驅動器、離子束驅動器。它們能提供極高功率極短脈衝的雷射束或粒子束。(實現自持聚變，要求雷射束的脈寬為幾個ns，功率10W；粒子束的脈寬為幾個納秒，功率為10W)。這些驅動器本身都是技術複雜的大型設備，目前已達到的水平離上述要求還差一個數量級以上，但雷射器及粒子加速器技術已有很高水平，設備造價昂貴。慣性約束實驗裝置著重研究5方面的問題，即①驅動束流與電漿耦合效率；②冷燃料等熵壓縮過程；③聚爆對稱性；④消融壓強；⑤點火機制。目前已轉入重點研究點火機制(關於靶室及診斷設備見雷射聚變實驗裝置)。
