中國在仿星器上的研究、成果和進展是怎樣的？

01-03

如題

謝謝邀請。

仿星器不算涉密，所以可以回答。

我只知道一個國內的仿星器，西南物理研究院（585所）在1971年組裝的仿星器「凌雲」。

Spitzer最早提議的仿星器位形是使真空室以及磁場方向構成部分上下重疊的「8」字形「，但「凌雲」和美國在1960年代建設的仿星器C是屬於跑道形的。

它的真空室由兩段直線段和兩個半圓段組成。主磁場和螺旋繞組串聯供電。用兩等離子體槍注入產生初始等離子體，用離子迴旋波進一步加熱。直線段上還安裝一個偏濾器。在這一裝置上，進行了用電子槍發射電子束，追蹤其軌跡以研究磁面結構的實驗。

這裝置我也不知道現在在什麼地方。

後面就再也沒聽說國內從事仿星器的研究了，連理論研究也在國內會議上看不到。到我們這一輩的學生，仿星器屬於教材上僅限了解的內容，不做過多講解，很多人甚至都不知道「凌雲」這裝置。

中國放棄仿星器的研究，我想有以下幾個原因：

1.當年建造仿星器的難度太大，連理論工作都是一頭霧水；反觀托卡馬卡的建造要容易得多，並且在1968年T3裝置上已經取得了在當時非常優秀的實驗數據。從1970年代初，各國開始建造自己的托卡馬克，將聚變研究重點轉向托卡馬克途徑。美國將現成的仿星器C 改為托卡馬克ST。所以中國全面轉向托卡馬卡的研究在當時也是合理的。

2.上面說的T3是前蘇聯的裝置，當時蘇聯是全力研究托卡馬卡的，考慮到當時學習蘇聯老大哥的時代背景，自然是學習蘇聯要比學習西方其他國家的技術容易點。

雖然現在W7-X做出了不錯的實驗結果，但中國現在對仿星器的研究可以說已經是一片空白了，要從頭開始追太慢了，所以我認為今後還是會將寶押在托卡馬卡上。

（本回答及圖片引用自物理所王龍老師的講義）

我上研究生時，某英國教授（50歲左右）說道，他和我們一樣年輕的時候，有個50歲的老教授告訴他，50年後核聚變會廣泛應用，現在，他把這句話轉送給我們。。。

核聚變永遠50年後廣泛應用，不知道什麼時候能打破這個魔咒。

先回答一下題主的問題，我國在仿星器方面研究很少，基本所有搞聚變的都集中在托卡馬克（包括ITER），和激光點火裝置上了，托卡馬克仿星器基本沒什麼機密，激光聚變可能涉密比較多。因為激光聚變其中一個主要功能是模擬氫彈爆炸，這個對於全面禁止核試驗後開發核武器有很大幫助

現在世界運行中的仿星器有如下名單：

H-1NF (Australia)
Heliotron J (Japan)
HSX (USA)
LHD (Japan)
NCSX (USA)
TJ-II (Spain)
TJ-K (Germany)
Wega (Germany) (until 2013)
Wendelstein 7-X (Germany)

其中wega2013年停掉了，因為更大更新的Wendelstein 7-X，也就這次新聞中說的這個仿星器，在2014年基本組裝完成。

我國跟Wendelstein 7-X也沒有高級別的官方合作，W 7-X具體合作單位很多，就不列舉了，下面一個PPT列出了主要合作國家和地區：歐盟、美國、日本。

再說說我國為什麼暫時沒有仿星器，等離子所長萬寶年教授有過解釋：仿星器在我國遇冷，有著多方面的原因。一來是歷史沿革。過去我國財力有限，而核聚變反應研究卻投資巨大。相比於同時進行多種途徑的研究，還是「集中力量辦大事」，深入研究一種途徑更為現實。經過權衡，我國的幾家研究機構不約而同地選擇了最為主流的托卡馬克途徑。二來，建造仿星器的成本太高、難度太大，這也是非常關鍵的制約因素。

仿星器於1951年就在普林斯頓大學實驗室誕生了，但是仿星器設計建造非常複雜，沒有計算機模擬的情況下設計出的仿星器效果一直不怎麼樣。後來，在1954年，第一個托卡馬克裝置在原蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所建成，這個裝置在當時有明顯的優勢，特別是設計建造優勢，進而做出了很多研究成果。至今，托卡馬克式裝置依然被認為是最有可能實現核聚變的方案，不然為什麼各國都在參與ITER建設呢？

下面簡要說說建造難度問題

請各位看一下仿星器和托卡馬克結構示意圖的對比

仿星器：

示意圖中，藍色的是線圈，黃色帶狀結構是等離子體，帶上的綠色線條是其中一條磁感線。

托卡馬克：

上圖中，藍色的是線圈，中間的帶箭頭的線是磁感線；下圖，帶箭頭的圈是線圈中的電流方向，紅色部分是等離子體形狀。

憑直覺來看，哪個好建造？一個是甜甜圈，一個是大麻花……

當然是托卡馬克比較容易建造。

其實，實際上的仿星器比上面的還要複雜，下面是W 7-X線圈的結構組裝圖

藍色和紅色都是線圈，紅色是環形線圈，藍色是不規則形狀線圈。跟上面示意圖有區別原因是加上紅色線圈是為了更方便的對磁場進行「整形」和調節。

再看看整體結構與反應室結構

仿星器（w-7x)

中間空腔不規則形狀

托卡馬克

（來自互聯網，侵權請告知），可以看出托卡馬克的反應室（中間空腔）還是比較簡單容易設計的。

接著看看反應室實拍：

仿星器：

這是一段

這也是一段（組裝前，未做內壁保護）

這還是一段：

托卡馬克：

這一張圖夠了：

不過癮？移步下面鏈接（手機黨慎入）：

ASDEX Upgrade fusion device a virtual visit

仿星器的優勢是什麼呢？第一，仿星器中等離子體全部依靠外場約束，比較穩定；托卡馬克是外磁場與等離子體電流產生的磁場耦合，如果等離子體因某種原因不穩定，這個系統可能崩潰，甚至導致儀器報廢。第二，這個是連續點火，比脈衝點火控制難度低（指的是解決點火問題之後，不是目前）。

至於國內是不是需要上馬這個，這就不好評論了，畢竟實現聚變的方式太多了，沒必要什麼都去試試，在不確定的情況下，觀望也是不錯的選擇。再說，國內目前還在研究反場箍縮，這個好像可以讓等離子出現自組織行為，也能解決部分等離子體穩定性問題，而且加熱手段更簡單，也有獨特的優勢。

關於反場箍縮，我在另外一個問題回答了，傳送門：

科大一環，和科學島的托克馬克，以及國際共建的托克馬克有什麼區別？ - 孔德之容唯道是從的回答

除特殊說明外，大部分圖片來自馬普等離子所、pppl等科研機構公開文獻

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原來的占坑用答案，不刪了，放在最後吧

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仿星器國內研究一直不多，目前也就是德國搞得比較前沿。在聚變裝置上，美國重點發展慣性約束，也就是激光約束核聚變，中國等大部分國家重點關注磁約束核聚變中托卡馬克裝置(中國激光聚變研究也比較牛)，仿星器主要是德國，前蘇聯倒是發展也不錯，到了現在俄羅斯發展怎樣我就不知道了。仿星器和托卡馬克主要區別是，托卡馬克是脈衝點火，仿星器是連續點火，仿星器出現比托卡馬克早，但要說發電，比托卡馬克難度大。

德國的馬普實驗室等離子所在搞仿星器，同時也在搞托卡馬克。核聚變技術哪家強？歐洲德國找馬普。。。

上面答案僅供留坑，周末前查證詳細材料後補充

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首先自豪一個，HSX (USA) 是我們學校我們工程院在做。每天去辦公室都經過它。國內目前把寶都壓在托卡馬克上面了。

我認為這個寶押錯了。仿星體雖然製造困難，但控制容易很多。

回答一個和問題不相關，在其他人的答案評論里看到過的問題吧

現在的核聚變技術，用於人類能源獲取的目的，主要有兩個科研方向：一個是慣性約束，一個是磁約束。

首先說明一下，核聚變的原料是氫（及其同位素）等離子體，也就是電離了的氣體，也被稱為物質的第四態，其餘三態分別為固態，液態和氣態。

為什麼要約束，因為核聚變的原理(目前機器的最容易實現的，反應截面最大的)是 $D^++T^+ ightarrow He^{2+}(3.5MeV)+n(14.1MeV)$ ，此處D和T是氫的同位素氘和氚，這個反應會有微小質量損失，愛因斯坦質能方程出場 $E=Delta mcdot c^2$ ，會產生大量的能量。在這個反應中，D和T要靠的足夠近，兩者才能發生聚變反應，也就是要讓D和T相互碰撞，但是如果他們靠的足夠近就會有排斥力把他們分開，所以唯一的方法就是增加他們的能量，讓他們有足夠的能量碰撞在一起。但是能量大了他們就會亂跑，所以我們要約束他們。

慣性約束，就是利用慣性，讓他們在極短時間裡獲得足夠的能量，來不及被排斥的時候發生反應，現在的主演方向就是激光聚變，成都（綿陽，感謝指正）有一個，美國有一個，

美國的國家點火裝置在一兩年前有過很不錯的結果，但是現階段的問題是這個裝置兩個反應之間的時間間隔太長，還沒有達到汽車電火花打火那個水平。

磁約束，就是利用磁場約束等離子體，讓等離子體在環形裝置裡面一圈一圈的跑，就像在操場跑圈。這就要求我們製造一個環形磁場，最簡單的就是在一個空的管子纏上導線通電，然後首尾相接，就有一個環形磁場。

但是這個磁場無法約束住等離子體，因為磁場存在不均勻性，就會有 $B imes abla B$ 的等離子體漂移，結果就是等離子體最終會全部碰到環形壁上。為了解決這個問題，我們把磁場做成類似彈簧這樣的樣子，螺旋形，這樣就能"解決"上述漂移問題。

現在的問題就是怎麼產生這個螺旋形磁場。解決方案之一就是讓一個繞大環的磁場和一個繞小環的磁場疊加，大環磁場我們用外部線圈產生，小環磁場我們用大環方向的電流產生，這個電流叫等離子電流，這也是現在托卡馬克和反場箍縮的磁場基本生成遠離。

另外一種方法就是直接產生這個螺旋形的磁場，這就是仿星器的磁場產生來源。由於磁場是螺旋形的，產生磁場的線圈就得是不規則的形狀，所以製造非常困難。好處就是他不需要等離子電流，理論上所有電流驅動的等離子不穩定性都會消失，自帶這個技能。

很粗略，公交車上隨便發的，沒有時間發詳細的公式和圖，如果有需要，我會繼續添加內容。

這個不涉密，目前國內沒有建仿星器

指的是Wendelstein 7-X吧。首次點火 1M度0.1秒，只能證明說可以用吧。

真正的能力要看後面的實驗情況。

國內貌似沒有仿星器項目

托卡馬克感覺不會成功基本是一條歪路了，國內應該儘快上馬仿星器，到底借鑒自然的更容易實施。

湖南日報4月19日訊（記者徐德榮通訊員李諶涵彭建軍）日前，南華大學與澳大利亞國立大學簽署諒解備忘錄，就核聚變能源技術展開合作。澳方將研究多年的成果——等離子仿星器贈送給南華大學，將於今年底從堪培拉運抵南華大學。

等離子仿星器主要用於受控核聚變研究的巨大電磁室，而受控核聚變被認為是解決未來能源問題的主要選擇之一。科學實驗中用強磁場來約束和控制等離子體，有環形的托卡馬克裝置和螺旋形的仿星器裝置等不同類型。

南華大學核物理研究所副主任、核聚變與等離子體創新團隊負責人李新霞介紹，托卡馬克裝置我國已有研究和應用，由於仿星器的研製難度遠高於托卡馬克裝置，並且需要大量資金投入，我國此前有關仿星器建設一直處於空白。澳大利亞通過多年研究才得以成功，此次雙方合作，將其放入南華大學，成為中國第一台仿星器，這將填補我國磁約束聚變仿星器裝置的空白。

據了解，南華大學對核聚變與等離子體的研究已有20多年。2011年，該校成立核聚變與等離子團隊，2012年成立核物理研究所，組建了一支30餘人的科研隊伍，其科研骨幹由中科院等離子研究所、核工業西南物理研究院、中國科技大學、浙江大學等院所及南華大學自己培養的博士（博士後）組成。

首先，只是轉個新聞。

其次，我本人不懂「模擬」在科研中的地位和價值，也不太明白這裡說的基準軟體有什麼價值。（畢竟文科生）

第三，僅接受專業人士意見，如 @楊文@孔德之容唯道是從。教主@IDF301之流就別來了。

中國「智造」SuperMC助力全球最大的仿星器聚變裝置----中國科學院核能安全技術研究所

日前，聚變界迎來的重大事件——探索核聚變的世界最大仿星器「螺旋石W7-X」成功實現首次氦等離子體放電，被認為有望加速核聚變時代的到來。由中科院核能安全技術研究所?FDS團隊（以下簡稱「FDS團隊」）自主研發的智慧型軟體超級蒙特卡羅核計算模擬軟體系統（SuperMC），對這一突破起到重要推動作用。
　　W7-X是由德國馬克斯?普朗克等離子體物理研究所研製的世界上最大的仿星器聚變裝置，其系統結構極為複雜，如何準確建模成為核設計分析重要難題。該研究所應用SuperMC成功建立了W7-X裝置的核分析模型，並進而完成核設計優化與輻射安全評價，成功建造並放電。
　　SuperMC是由FDS團隊歷經近二十年，投入200餘人年，按照現代軟體工程標準研發，並通過體系化國際基準實驗驗證的具有完全自主知識產權的核設計優化與輻射安全評價軟體。目前已在全球50多個國家、20餘個國際重大核工程項目獲得重要應用，包括國際聚變材料輻照裝置（IFMIF）、美國聚變核科學裝置（FNSF）、歐洲聚變示範堆（E-DEMO）、韓國全超導示範裝置（K-STAR）、瑞士散裂中子源（SINQ）等，同時被能源領域規模最大的科技合作項目「國際熱核聚變實驗堆（ITER）」選為基準軟體，標誌著我國核計算模擬軟體已處於國際領先水平。

目前仿星器做得最好的是日本的lhd 有很多重大的突破,搞不好會跑到iter的前面

日本nifs(國立聚變科學研究所)於2013年底運用LHD大型螺旋裝置在受控核聚變實驗中達成的3項最新成果1：開發出電磁波生成等離子提前消除真空內壁氣體氫技術，以20000kw熱出力將密度為10兆個/cc的等離子體中心高參等離子提升到攝氏9400萬度，並以1200kw熱出力將密度同為10兆個/cc的等離子體中心電子加熱到攝氏2300萬度並維持穩態放電48分鐘，成功將自己保持的定常等離子體輸入總熱能1.6GJ(吉焦)的世界記錄刷新為3.4GJ2：世界首次模擬再現了氦離子流在轟擊核聚變爐的護壁主材鎢時形成納米氦泡狀結構從而干擾聚變反應的整個過程(LHD(large helical device)是日本獨有的把傳導線圈做成螺旋狀的磁約束核聚變實驗裝置，相比於同屬磁約束類的傳導線圈為環面狀的tokamak(托卡馬克)型裝置，LHD具有同等電流下能更安定長時間將等離子體封入磁場內的優勢，但是相對的立體構造比tokamak型要更難設計)3：在導體方面，nifs以和日本東北大學合作新研製的低阻抗接合+重疊積層法為基礎開發出的釔系超導帶狀線材制大型磁石，在絕對溫度20k(攝氏-253溫度)狀態下通電後成功獲得達10萬A(安培)的高溫超導電流，創造了受控核聚變領域的新世界記錄，為核聚變發電的最終實現邁出重要一步

日本的托克瑪克 jt60掌握了幾乎所有的世界第一

日本的激光慣性核聚變,首先完成快激光點火演示

仿星器和托卡馬克是當今世界上兩大最重要的磁約束聚變裝置。目前全球最大的螺旋形仿星器是日本的LHD，中國目前只有買俄羅斯架構再升級的east，好處：簡單，工程造價低，壞處就是離子體電流的存在從而導致大破裂的可能。仿星器技術複雜，但避免了這個漏洞。

但不管托卡馬克也好仿星器也好，都是各國拿出來吹牛皮用的，根本就無望實用化的東西，