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普林斯頓等離子體物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory,PPPL)是一個研究等離子體物理學與核聚變的美國能源部國家實驗室。實驗室主要的工作是研究聚變能作為能源的發展和應用。
創建時間 | 1961年 |
---|---|
預算 | $9.7 千萬美元(2016年)[1] |
研究領域 | 等離子體物理學 |
副主席 | David J. McComas |
主任 | 史蒂芬·考利[2] |
地址 | 100 Stellarator Road, Princeton, New Jersey |
位置 | 美國新澤西州Plainsboro Township 40.348825°N 74.602183°W |
郵政編碼 | 08536 |
主管機構 | 普林斯頓大學 |
網頁 | www |
普林斯頓等離子體物理實驗室的建立源於一個控制熱核反應的冷戰最高機密計劃——「馬特洪計劃(Project Matterhorn)」。1961年,在馬特洪計劃解密後,此計劃相關的實驗室被更名為普林斯頓等離子體物理實驗室[3]。
普林斯頓等離子體物理實驗室實際上位於普林斯頓大學的 Forrestal 校園,與普林斯頓大學主校區有一定距離;但實驗室仍然有一個位於普林斯頓的地址。
萊曼·斯皮策,一位任職於普林斯頓大學的天文學教授,提出了一個關於可控核聚變的設想,即「仿星器(stellarator)」。1951年,美國原子能委員會採納了此設想,並開始以馬特洪計劃(Project Matterhorn)的名義為此項提案提供資金援助。1958年,根據1955年召開的聯合國關於和平利用原子能的國際會議,此項磁約束聚變研究被解密。此後,學生開始進入普林斯頓等離子體物理實驗室學習研究「新物理」,使得實驗室轉而集中於基礎科學方面的投入[4]。
實驗室最早的八個仿星器包括:Model-A,Model-B,Model-B2,Model-B3[5]。Model-B64 為一個圓角的正方形,而Model-B65 則是一個跑道的形狀[5]。功率最大的仿星器是 Model C(於1961年到1969年之間運行)[6]。Model C 在1969年被重組為一個托卡馬克[5],即「對稱托卡馬克(Symmetric Tokamak,ST)[7]。
實驗室在1970年代的研究重新轉向了托卡馬克裝置,因為托卡馬克的設計被認為比仿星器更適合作為核聚變的約束裝置。1972年5月,絕熱環形壓縮器(Adiabatic Toroidal Compressor,ATC)開始運行。另一個托卡馬克裝置——普林斯頓大環面自1975開始運作。
1982年,托卡馬克聚變測試反應堆(TFTR)上線,一直運作到1997年才被關閉[8]。從1993年起,TFTR 是世界上第一個使用氘-氚50/50混合物的反應堆。1994年,反應堆前所未有地產生了10.7兆瓦的聚變能量[8]。
1999年,基於球形托卡馬克概念的國家球形環面實驗升級計劃(National Spherical Torus Experiment Upgrade,NSTX-U)在普林斯頓等離子體物理實驗室上線。實驗室的科學家和來自國內外其他設施的聚變科學技術的研究者們進行了合作,所涉及的領域包括材料科學、太陽物理學、化學和製造業。
2015年,普林斯頓等離子體物理實驗室完成了國家球形環面實驗升級計劃(NSTX-U)的建設;這也使得 NSTX-U 成為了世界上功率最大的同類型托卡馬克聚變設施。計劃中的實驗將測試升級後的設施在極端熱量和功率下保持高性能等離子體的能力。實驗結果將對未來聚變反應堆的設計產生深遠的影響。[9]
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