1、电气工程导论第六章-电工理论与新技术.txt 我爸说过的最让我感动的一句话：“孩子，好好学习吧，爸以前玩麻将都玩儿 10 块的，现在为了供你念书，改玩儿 1 块的了。 ” 本文由 guohai168 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。电工理论与新技术超导超导的发现 超导的微观机理 超导材料 超导的应用 展望超导现象的发现超导是某些金属或合金在低温条 件下出现的一种奇妙的现象 。最先发现这种现象的是荷 兰物理学家卡麦林昂纳斯。 1911 年夏天，当昂纳斯的两个研 究生在做低温实验时，偶然 发现某些金属在极低温环境 中，金属的电阻突然消
2、失了 。昂纳斯接着用水银做实验 ，发现水银在 4.1K 时（约相当 于-269） ，出现了这种超 导现象；他又用铅环做实验 ，九百安培的电流在铅环中 流动不止，两年半以后仍旧 毫无衰减。快快方式 u=1235958048,109255454&gp=1.lnk通过研究人们发现：所有 超导物质，如钛、锌、汞 等，当温度降至临界温度 时，皆显出某些共同特征：超导之性质电阻为零，一个超导体 环移去电源之后，还能 保持原有电流有人做 过实验，发现超导环中 的电流持续了两年半而 无显著衰减 完全执磁性，这一现象 由德国物理学家迈斯纳 发现，只要超导材料进 入超导状态，便可把磁 感线排斥体外，其体内 的磁感
3、应强度总是零 （迈斯纳效应） 超导的发现轰动了全世界的 科学家，大家纷纷想要揭开 超导的奥秘，因为只有了解 了超导现象的微观机理，才 能使它为人类作出更大的贡 献。将近一百年过去了，经过 几代科学家的不断探索， 人类也对超导的机理有了 一个大概的认识，目前我 们对它有一下解释：1950 年，美籍德国人弗茹里赫与美国伊利 诺斯大学的巴丁经过复杂的研究和推论后， 同时提出：超导电性是电子与晶格振动相 互作用而产生的。他们都认为金属中的电 子在点阵中被正离子所包围，正离子被电 子吸引而影响到正离子振动，并吸引其它 电子形成了超导电流。接着，美国伊利诺斯大学的巴丁、 库柏和斯里弗提出超导电量子理 论，
4、他们认为：在超导态金属中 电子以晶格波为媒介相互吸引而 形成电子对，无数电子对相互重 迭又常常互换搭配对象形成一个 整体，电子对作为一个整体的流 动产生了超导电流。由于拆开电 子对需要一定能量，因此超导体 中基态和激发态之间存在能量差， 即能隙。这一重要的理论预言了电子对能 隙的存在，成功地解释了超导现 象，被科学家界称作“巴库斯理 论” 。这一理论的提出标志着超 导理论的正式建立，使超导研究 进入了一个新的阶段。超导的应用从目前的研究情况来看 ，超导技术的应用可分成 三类：超导技术应用（1）能源-超导输电、超导储能、超导电机等 （2）交通-磁悬浮列车（抗磁性应用） 、船舶磁推进器 （3）医疗
5、卫生-核磁共振成像、生物磁仪器等 （4）电子技术-超导微波技术应用、各类超导传感技术、 半导体 超导体集成电路、超导计算元件等 （5）重大科学工程-加速器、受控热核装置等 （6）国防技术超导反潜、扫雷、电磁推进、通讯及制 导等在磁悬浮列车方面的应用1999 年月，日本 研制的超导磁悬浮 列车时速已达 552 公 里西南交通大学研制 成功的超导磁悬浮 列车，最高设计时 速达 500 公里在磁悬浮列车方面的应用列车的最高时速为 300 公里，飞机的为 1000 公里。所以人们就想寻 求一种时速介于两者之间的交通工具。磁悬浮列车整好满足了这个 要求。最高时速可达到 500 公里。 磁悬浮列车是利用超
6、导体的完全 排磁性，使列车悬浮在空中，以 直流电动机作为推动力。他的优 点是，不接触轨道，无摩擦，运 行安全，无噪声，无任何有害气 体排放。 在上海浦东已经建成了我国第一 条磁悬浮铁路，全长 30 公里，仅 需 8 分钟。超导技术在定向武器方面的应用在军事上，定向武器在未来战争中将起到举足轻重的作用。美国 和俄罗斯已经把定向武器的研制放在突出的位置。定向武器就是把能量 汇聚成极细的能束，并沿着指定的方向以光速向外发射，从而摧毁目标。 存在一个问题：如何在瞬间提供大量的能量呢？ 用超导材料制成的闭合线圈就是一种理想的储能装置。 因为在超导线圈中的电流没有功率损失，可长时间维持。 只要线圈保持超导
7、状态，它所储存的电磁能就会毫无损耗地长期保存下 去并可随时把强大的能量提供给聚能武器，超导储能装置使聚能武器如 虎添翼，有如给聚能武器提供了一个机动灵活、容量无比的弹药库，使 聚能武器随时可以对敌实施攻击。超导技术在定向武器方面的应用飞 机 推 进 器超导技术在定向武器方面的应用精确制导武器的发射超导技术在定向武器方面的应用核潜艇图核磁共振 超导技术在医疗卫生方面的应用核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技术。是继 CT 后医学影像学的又一 重大进步。自 80年代应用以来，它以极快的速度得到发展。其基本原理 基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体 基本原理 内氢原子核，引起
8、氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢 原子核按特定频率发出射电信号，并将吸收的能量释放出来，被体外的 接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫做核磁共振成像。核磁共振 超导技术在医疗卫生方面的应用磁共振成像技术(MRI)和 CT 成像技术比较， 首先是成像原理不同。 CT 即计算机断层扫描技术,是将 X 射线对人体 组织作横断面扫描后通过计算机对密度对比 分析成像诊断疾病，对人体有 X 线辐射损伤，MRI 是通过发射脉冲磁场信号，对人体氢质子磁共振信号进行分析成像， 诊断疾病，不存在 X 线幅射损伤。可根据需要对人体进行横断面、矢状面、 冠状面三维任意角度切层，通过各种角度显示病
9、变，立体感更强，而且 在同一切层可采用不同序列、不同参数扫描，这更有利于对不同生物学 特性的组织的充分显示，由于 MRI 扫描中不同组织信号差异远大于 CT 上 组织间密度差异，因此，使许多病变更易辩认，有利于对病变早期诊断， 尤其是细小病变。受控热核聚变装置超导体在托卡马克装置中的应用托卡马克装置是一种磁约束 热核聚变实验装置，经过人 们 50 多年的不懈努力，1992 年以来，已经成功的在欧洲 联合环 jet 和美国 TFTR 上进行 了氘氚放电，开发聚变能的 科学可行性终于在托卡马克 装置上得到证实。 但是常规托卡马克装置，体 积大，效率低而且是脉冲运 行。而超导托卡马克正是在 这一点上
10、有着极大的优势， 即:高效紧凑，稳态运行。中科院等离子体物理研究所 超导托卡马克 HT-7 巨大的电感线圈利用超导体产生的巨大磁场， 应用于受控制热核反应。核聚 变反应时，内部温度高达1 亿 2 亿，没有任何常规材料可以 包容这些物质。而超导体产生 的强磁场可以作为“磁封闭 体” ，将热核反应堆中的超高 温等离子体包围、约束起来， 然后慢慢释放，从而使受控核 聚变能源成为 21 世纪前景广阔 的新能源。氢弹蘑菇云我们的目标： 超导电工中心 我们的目标：围绕 EAST 超导磁体系统的需求，开展相关技术的研究和攻关，确保大科学工 程任务的完成； 瞄准国际前沿，研究和发展超导磁体技术、建立大型超导磁
11、体测试中心，建 成超导线材，导体和磁体测试装置，提供面向全国的大型超导磁体试验平台， 为超导磁体技术在科研、国防、和国民经济发展中的应用提供技术基础； 建立 2 kW/4K 大型深冷低温系统，发展大型超临界氦和超流氦低温技术为国内 大型超导磁体和超流氦冷却的高场磁体的发展提供技术支撑，使我国大型氦低温 技术继续发展并达到国际先进水平； 选择有限目标，研究超导装置与电力系统的匹配协调运行的关键科学问题，开 展超导技术用于电力工业的应用基础研究，建立大型超导储能实验装置，开展大 型超导储能实验研究，并探索大电流高温超导电流引线等实用技术。 在以上工作的基础上逐步发展成为一个国内公认的，有特色的大型
12、超导应用技 术研究和实验基地。中国科学院等离子体物理研究所超导电工中心 建立起中国最大的超导磁体试验系统。该 EAST 建立起中国最大的超导磁体试验系统。 大型超导磁体试验系统包括： 大型超导磁体试验系统包括： 实验杜瓦、低温、真空、电源、电流引线、数 据采集及控制等诸多子系统。总重 16 吨、容积 48 立方米的实验杜瓦是国内最大的实验杜瓦杜瓦是一个有真空夹层的容器，真空夹层起绝热作用。 杜瓦在高温和低温都有广泛的用途。 低温下主要用作 低温液体储存容 器，也用来为制 冷装置绝热以免 环境传热到制冷 空间，同时被冷 却对象装在杜瓦 的真空环境中可 防止其上因低温 而结水影响工作。 低温杜瓦是
13、在低压下储运液氮、液氦、液氧、生物样本 以及超导磁体的容器。 救护车内液氧液氧储罐直流发电机组电源系统由四台直流发电机组成， 国内最大总储能量 560MJ，最大总脉冲功率 80MW 的直流脉冲发电机组。氦 制 冷 机一套国内最大的 2 kW/4K 的大型深冷低温系统超导应用的诱人前景不光是实现大电流、大功率 的电力无损耗长距离传输，利用超导体的抗磁性 可以实现磁悬浮列车、无磨损轴承，同时，利用 超导体的电子性可以研制出运算速度更高的电子 计算机、高性能微波元件特别是利用超导可 以制造出能测量比人脑磁信号弱几千倍的超导量 子干涉仪，从本质上揭示人类大脑的奥秘。总之， 21 世纪将是超导技术大显身
14、手、异彩纷呈的新世 纪。核聚变电工技术各种能源储量和可用年数（按目前消耗水平）能源 石油 天然气 煤 铀 235（裂变堆） 锂（DT 聚变堆）储量（109J） 1.2X1013 1.4X1013 1.0X1014 1013 1019可用年数 40 50 300 30 30000 3X10710 铀 238 釷 232（增殖堆） 16反应堆解决能源问题是当今社会的 一个最急迫的问题，而最让人注目的 就是 热核反应聚变能具有资源无限，不污染环境，不产生高放射 性核废料等优点，是人类未来能源的主导形式之一， 也是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题 和环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径
15、之一。 2006 年 5 月 24 日，国家科学技术部代表我国政府与其他 六方一起，在比利时首都布鲁塞尔草签了国际热核 聚变实验堆 （InternationalThermonuclearExperimentalReactor）联 合实施协定 。这标志着 ITER 计划实质上进入了正式 执行阶段，即将开始工程建设，也标志着我国实质上 参加了 ITER 计划。ITER 计划是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合 作项目之一。它的建造大约需要十年，耗资五十亿美元 （1998 年值） 。合作承担 ITER 计划的七个成员是欧盟、中 国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，这七方包括了全世 界主要的核国
16、家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一 半。为建设 ITER，各参与方专门协商组建了一个独立的国 际组织，各国政府首脑在过去几年中都采取不同方式对参加 ITER 计划作出过正式表态。这些都是国际科技合作史上前 所未有的，充分显示了各国政府和科技界对该计划的高度重 视。ITER 计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地 使用聚变能，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的 进程。在全世界都对人类能源、环境、资源前景等问题予 以高度关注的今天，各国坚持协商、合作的精神，搁置诸 多的矛盾和利害冲突，最终达成了各方都能接受的协议， 并开始合力建设世界上第一座聚变实验堆。但最近的计算机模拟研究发现，
17、ITER 核聚变所产生的 超过 10 亿摄氏度的高温等离子对反应堆内壁的破坏作 用远远超乎想象，为避免反应堆内壁熔化，必须更好 地绝缘等离子体，因此需要有更强大的脉冲磁场来约 束，并改变反应堆内部结构设计。要弥补这一设计上 的缺陷，ITER 计划正式投入核聚变试验的时间至少要 推迟到 2026 年，而不是原先计划的 2018 年。另外该计 划的费用预算可能要超过 100 亿欧元，具体增加数额可 能会在 11 月份的 ITER 理事会上透露。煤和 DT 聚变所耗燃料和产生废料对比（一天提供 109W 电能）煤 燃料 9000 吨煤 30000 吨 CO2 600 吨 SO2 废料 90 吨 NO
18、2DT 聚变 0.5 公斤 D2 1.5 公斤 Li6 (0.7 公斤 T2) 2 公斤 He4聚变反应： 聚变反应：D 是氘核 重氢 、T 是氚核 超重氢 。 是氘核(重氢 是氚核(超重氢 是氘核 重氢)、 是氚核 超重氢)。 以上两组反应总的效果是： 以上两组反应总的效果是：6 个氘核共放出 24MeV 能量，相 个氘核共放出 43 能量， 个氘核共放出 能量 当于每个核子平均放出 36MeV。它比 n 当于每个核子平均放出 。它比 裂变反应中每个核子平均放出 200 235U 裂变反应中每个核子平均放出 裂变反应中每个核子平均放出 236085MeV 高 4 倍。因此聚变能是比 高 倍
19、裂变能更为巨大的一种核能。 而且氚 裂变能更为巨大的一种核能。 而且氚 氘 在海水中大量存在， 在海水中大量存在，可谓取之不尽用之不 竭。但是控制这个反应是难上加难： 但是控制这个反应是难上加难： 首先， 首先，聚变反应的燃料氘应加热至很高的 温度。 温度。两个氘核只有相靠很近时才可能发生聚 变。氘核都是带正电的要相互靠近必须克服它 们间的静电排斥力。 们间的静电排斥力。这就要求氘核要有足够高 的动能。只有把氘气体加热到很高的温度， 的动能。只有把氘气体加热到很高的温度，才 可能使氘具有很大的热运动能量， 可能使氘具有很大的热运动能量，足以克服它 们之间的静电排斥力，而相互靠近， 们之间的静电
20、排斥力，而相互靠近，发生大量 的聚变反应。据估算，温度需达到 1 亿度以上 的聚变反应。据估算，温度需达到 亿度以上 这样高的温度，氘气体都完全电离， 。这样高的温度，氘气体都完全电离，处于等 离子体状态（完全电离的气体） 。 离子体状态（完全电离的气体） 。其次，高温氘等离子体还必须有足够高的密度， 其次，高温氘等离子体还必须有足够高的密度，并维持 足够长的时间（称约束时间） 。 ） 。这样才可能达到自持聚变反 足够长的时间（称约束时间） 。这样才可能达到自持聚变反 应并获得能量增益（ 应并获得能量增益（即聚变反应释放的能量超过加热等所消 耗的能量。 耗的能量。 能量 两种解决方法： 两种解
21、决方法：1惯性约束与激光核聚变 2磁约束与托卡马克核聚变装置惯性约束与激光核聚变激光核聚变。它是在一个直径约 激光核聚变。它是在一个直径约 100 微米的小球内充以 微米的小球内充以 高压的氘一氚混合气体（或结冰的固体） ，称靶丸， ） ，称靶丸 高压的氘一氚混合气体（或结冰的固体） ，称靶丸，然后用 强功率的激光束（目前达到瓦，争取瓦） 强功率的激光束（目前达到瓦，争取瓦）均匀地从四面八方 照射小靶丸，靶丸中的核燃料吸收激光的能量形成等离子体， 照射小靶丸，靶丸中的核燃料吸收激光的能量形成等离子体， 这些等离子体因其惯性，在还来不及飞散开的极短时间内， 这些等离子体因其惯性，在还来不及飞散开
22、的极短时间内， 向内压缩到很高密度（液体密度的一千到一万倍） 向内压缩到很高密度（液体密度的一千到一万倍）和加热到 很高温度，因而产生热核聚变反应。 很高温度，因而产生热核聚变反应。这种聚变方法就称为激 光核聚变或激光“聚爆”光核聚变或激光“聚爆” 。它的特点是靠自身的惯性来约束 的。 当前主要的问题是如何提高激光器的功率和照射的均匀度以 及降低能量损失和改进靶丸结构等。 及降低能量损失和改进靶丸结构等。这就是防星器磁约束与托卡马克核聚变装置当气体的温度升高到为创造聚变反应所需的高温以及 将高温聚变燃料维持在一起所需的高压时， 将高温聚变燃料维持在一起所需的高压时，形成自由电子 与离子：高温等
23、离子体，它无法用容器容纳， 与离子：高温等离子体，它无法用容器容纳，要采用特殊 的办法来约束。由于太阳质量及引力比地球大 33 万倍 万倍， 的办法来约束。由于太阳质量及引力比地球大 万倍，这 种巨大的引力，可以将太阳上的等离子体约束在一起。 种巨大的引力，可以将太阳上的等离子体约束在一起。地 球引力太小则无法实现。 球引力太小则无法实现。科学家采用由封闭磁场组成的 容器” 来约束电离了的等离子体。 “容器” ，来约束电离了的等离子体。这种容器又叫磁瓶 或磁笼，它由磁力线组成， 或磁笼，它由磁力线组成，用磁场实现聚变的方法称为磁 约束。 约束。核聚变的高温等离子体是带正电荷的氘或氚与带负 电荷
24、的电子组成的气体， 电荷的电子组成的气体，它们都只能绕着磁力线并沿磁力 线方向作螺线形运动，与器壁相脱离。 线方向作螺线形运动，与器壁相脱离。TOKAMAKTokamak: “托卡马克”toroidal(环 托卡马克” 托卡马克 环 形的)， 真室),magnet(磁) 形的 ，kamera(真室 真室 磁 katushka 线圈 线圈 EAST: “实验型先进超导托卡马克”实验型先进超导托卡马克” 实验型先进超导托卡马克 Experimental Advanced Superconducting Tokamak托卡马克（ 托卡马克（Tokamak）装置。环流器是在一个环 ）装置。 形圆管内充
25、满氘、氚混合稀薄气体， 形圆管内充满氘、氚混合稀薄气体，圆管的截面半径 约为 1 米 环形半径 5 米 约为 2 米，环形半径 6 米，它作为一个有铁芯的 压器的次级线圈（只有一匝） 。 ） 。在环形圆管外 大型变 压器的次级线圈（只有一匝） 。在环形圆管外 绕有磁场线圈， 绕有磁场线圈，它会产生几万高斯的沿环形轴线的环 向磁场，用来约束等离子体。 向磁场，用来约束等离子体。当大型脉冲变压器放电 在次级线圈（环形管）中产生强大的感应电场， 时，在次级线圈（环形管）中产生强大的感应电场， 这一电场足以使环形管内的氘、 这一电场足以使环形管内的氘、氚气体电离形成等离 子体，并在其中流过强大电流（几
26、百万安培） 。 ） 。等离 子体，并在其中流过强大电流（几百万安培） 。等离 子体自身具有电阻，因而被电流加热（欧姆加热） ， 子体自身具有电阻，因而被电流加热（欧姆加热） ，形成高温等离子体。 形成高温等离子体。另外等离子体中的电流也产生一 磁场（称角向磁场） ， ） ，这个磁场与原先的环向磁场联 磁场（称角向磁场） ，这个磁场与原先的环向磁场联 合作用，可以增长约束时间。要达到热核聚变的高温， 合作用，可以增长约束时间。要达到热核聚变的高温， 还需要辅助的加热手段， 还需要辅助的加热手段，例如高能中性粒子束注入加 电子迥旋共振加热、离子迥旋共振加热等。 热、电子迥旋共振加热、离子迥旋共振加
27、热等。这些 Coils 都是 都是 这些 用通电流来产 生 Magnetic 的， 的 而且需要的电 流都很大， 流都很大，会 产生热， 产生热，不仅 是损失， 是损失，更确 切的说是没有 能有这样耐热 的 ， 这 ，这些原 理 图都要用生EASTExperimental Advanced Superconducting Tokamak” “合成中 心 脉 冲 变 压 器真 空 管plasma托 卡 马 克 模 型线 圈Toroidal托 卡 马 克 实 图磁约束聚变研究历史1952 年，美国第一次 Sherwood 方案会议在 Denver 举行。在以后几年里，发 展了仿星器、磁镜、箍缩等装
28、置。 1957 年，英国环形箍缩装置 ZETA 运行。 1958 年，国际和平利用原子能会议召开。各主要国家将聚变研究解密。 1961 年，IAEA 第一次国际核聚变会议在萨尔茨堡召开。 1964 年，苏联研制 T-3 装置，大半径 1m，环向磁场 2-2.5Tesla，电子温度达到 600-800eV。 1968 年，苏联在新西伯利亚会议上公布托卡马克上的结果。 1969 年，英国 Calham 实验室的科学家携激光散射测量装置去苏联 T-3 装置实 地测量，证实确实达到很高的电子温度。 1970 年，各国开始建造自己的托卡马克。 1974 年，美国公布角向箍缩装置 Scyllac 的结果。
29、 1979 年，美国串列磁镜 TMX 成功验证串列磁镜概念。磁约束聚变研究历史（续）1985 年，苏美首脑建议合作建造国际热核实验堆，即 ITER 1989 年，德国 ASDEX 实现H 模运转。 1990 年，ITER 完成概念设计 1991 年，欧洲的 JET 装置用 DT 反应产生 1.7MW 聚变功率。 1993 年，美国 TFTR 装置用 DT 反应产生 6.4MW 聚变功率，后来又将这一功率 提高到 10.7MW。 1997 年，JET 又创造了 DT 反应产生 16.1MW 聚变功率的新记录。 1998 年，日本 JT-60 装置的 DD 反应的实验参数的等效 DT 反应能量增益
30、因子 Q 达到 1.25。 ITER 完成工程设计 2005 年，参加 ITER 计划六方决定将装置建在法国聚变-裂变混合堆238U+ n 239Pu核工业西南物理 研究院设计的聚 变-裂变混合堆ITER 主要参数大半径 6.2 m等离子体小半径 2.0 m 拉长比 环向磁场 等离子体电流 1.85 5.3 T 15 MA辅助加热和电流驱动功率 73 MW 平均电子密度 平均离子温度 峰值聚变功率 1.1 X 1020 m-3 8.9 keV 500 MW该装置的建造目的是： * 产生和研究，维持 400 秒的感应驱动燃烧等离子体 * 产生和研究，稳态非感应驱动燃烧等离子体 * 检验主要聚变堆
31、技术 * 堆部件试验，包括氚处理 它所研究的燃烧等离子体物理问题有： * 高能粒子效应 * 自加热效应 * 堆尺度物理问题ITER 建在法国的 Cadarache通往聚变之路我国磁约束聚变研究机构的演变（1958-2005）电工会议时期（准备阶段）1958 年，中国科学院原子能研究所二部（现原子能科学研究院） 开始磁约束聚变的研究。 中国科学院物理研究所，以及电工研究所、北京大学、复旦大 学相继开展磁约束聚变研究。 1959 年，原子能研究所建成脉冲磁镜小龙 第一届全国电工会议在北京召开。 1962 年，卢鹤绂、周同庆、许国保受控热核反应出版。 第二届全国电工会议在哈尔滨召开。 黑龙江原子核研
32、究所建成一台小型角向箍缩装置。 1965 年，东北技术物理研究所（原黑龙江原子核研究所）与原 子能研究所十四室合并，迁往四川乐山，称西南 585 所。 1966 年，第三届全国电工会议在哈尔滨召开。文革和后文革时期（整合阶段）1969 年，中科院物理所建成一台角向箍缩装置，并得到聚变中子。 1971 年，西南 585所的仿星器凌云建成。 1974 年，中科院物理所和电工所成功研制 CT-6 托卡马克。 “受控核聚变研究工作交流会”在乐山召开。 1975 年，中科院在安徽合肥筹建等离子体物理研究所。 西南 585 所超导磁镜装置 303 建成。 中国科学技术大学建立等离子体专业。 1980 年，
33、 核聚变 （核聚变与等离子体物理 ）创刊， 1981 年，中国核学会核聚变与等离子体物理学会成立。 徐家鸾、金尚宪等离子体物理学出版。 1982 年，项志遴、俞昌旋高温等离子体诊断技术出版。改革开放时期（攀登阶段）1984 年，核工业西南物理研究院研制成功 HL-1 环流器装置。同年， 中科院等离子体物理所研制成功 HT-6M 托卡马克装置。 1988 年，马腾才、胡希伟、陈银华等离子体物理原理出版。 1991 年，中科院等离子体物理所建成超导托卡马克 HT-7。 1994 年，核工业西南物理研究院将 HL-1 改装成 HL-1M。 1999 年，石秉仁磁约束聚变：原理和实践出版。英文刊物Pl
34、asma Science & Technology创刊。 2002 年，核工业西南物理研究院建成HL-2A 装置。 中科院物理所和清华大学合作，建成一台球形托卡马克 SUNIST。 华中科技大学将美国的 TEXT 装置引进国内。 2005 年，我国决定加入 ITER。 中国科学院等离子体物理研究所建成超导托卡马克 EAST。我国第一个有偏滤器的环流器 HL-2A超导托卡马克 EASTEAST 安装现场（2005/1）我国本世纪核能发展战略热中子 反应堆 快中子 增殖堆 聚变堆磁约束聚变装置类型托卡马克 球形托卡马克 仿星器 磁镜 箍缩装置 球马克 内环装置START 等离子体照片NSTX 装置
35、SUNIST 装置 （清华大学，中科院物理所）激光技术激光特点 特点： 一 . 激光特点：1 方向性好弧度） （发散角10 -4 弧度） 发散角一束激光射到38 万 km 的月 万 的月 一束激光射到 球上，光斑的直径只有2km 球上，光斑的直径只有手电筒的光射到m 处 手电筒的光射到 处， 扩展成很大的光斑。 扩展成很大的光斑。利用激光准直仪可使 长为 2.5km 的隧道掘进偏 长为 的隧道掘进偏 差不超过 16nm. 差不超过2单色性好单色性最好的氪灯 Kr 单色性最好的氪灯 86 ?=4.710-3 nm 稳频 HeNe 激光器 激光器 稳频 =10?9nm激光的 单色性比普通光高 10
36、 10 倍.能量集中 脉冲瞬时功率大（可达10 14 瓦） 脉冲瞬时功率大（可达 3 能量集中激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光， 激光的颜色非常单纯，而且只向着一个方向发光，亮度 极高激光在屏上形成的小光斑， 激光在屏上形成的小光斑，有极大的 照度 太阳表面的亮度比白炽灯大 几百倍。普通的激光器的输出亮度， 几百倍。普通的激光器的输出亮度， 比太阳表面的亮度大 10 亿倍 亿倍。 比太阳表面的亮度大 亿倍。激光 是当今世界上高亮度的光源。 是当今世界上高亮度的光源。激光的能量在空间上、 激光的能量在空间上、在时间上高度集中光能量不仅在空间上高度 集中， 集中，同时在时间上也可 高度集
37、中， 高度集中，因而可以在一 瞬间产生出巨大的光热。 瞬间产生出巨大的光热。在工业上， 激光打孔、切割和焊接。 在工业上， 激光打孔、切割和焊接。医 学上视网膜凝结和进行外科手术。 学上视网膜凝结和进行外科手术 。 在测 绘方面， 绘方面 ， 可以进行地球到月球之间距离 的测量和卫星大地测量。 在军事领域， 的测量和卫星大地测量 。 在军事领域 ， 可以制成摧毁敌机和导弹的激光武器4 相干性好l 时间相干性好（?10 - 8 埃） ，相干长度可达几十公里。 时间相干性好（ ） ，相干长度可达几十公里 相干长度可达几十公里。 时间相干性好 l 空间相干性好，有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。
38、 空间相干性好， 空间相干性好 有的激光波面上各个点几乎都是相干光源。种类： 二 . 种类： 按工作物质分 固体（如红宝石 Al 固体（如红宝石 2O3） 液体（如某些染料） 液体（如某些染料） 气体（ 气体（如 He-Ne，CO2） ， 半导体（ 半导体（如砷化镓 GaAs） ） LL 按工作方式分 连续式（功率可达 10 连续式（功率可达 4 W） ） 脉冲式（瞬时功率可达 10 脉冲式（瞬时功率可达 14 W ） 波长：极紫外可见光 可见光亚毫米 三 . 波长：极紫外 可见光 亚毫米 (100 n m ） （1.222 m m ）三、激光的应用各种科学和技术领域应用激光形成了一系列新 的
39、交叉学科和应用技术领域： 的交叉学科和应用技术领域：信息光电子技术、激光医疗与光子生物学、激光加工、 信息光电子技术、激光医疗与光子生物学、激光加工、 激光检测与计量、激光全息技术、激光光谱分析技术、 激光检测与计量、激光全息技术、激光光谱分析技术、 非线性光学、超快光子学、激光化学、量子光学、 非线性光学、超快光子学、激光化学、量子光学、激 光雷达、激光制导、激光分离同位素、 光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚 激光武器等等。 变、激光武器等等。 激光已经成为信息时代的心脏！ 激光已经成为信息时代的心脏！ 激光已经成为社会进步的推动力！ 激光已经成为社会进步的推动力！ 激光已经成为人类现代生活的重要组成部分！ 激光已经成为人类现代生活的重要组成部分！1
