在托卡馬克裝置上的核聚變

2017/1/17 15:08:45

1991年11月9日，歐共體的JET托卡馬克裝置成功地實現(xiàn)了核聚變史上第一次氘-氚運行實驗，在氘氚6比1的混合燃料中，等離子體溫度達(dá)到3億攝氏度，核聚變反應(yīng)持續(xù)了2秒鐘，獲得的聚變輸出功率為0.17萬千瓦，能量增益因子Q（即輸出能量與輸入能量之比，Q大于1時，有增益能量輸出）值達(dá)0.11-0.12。

1993年12月9日和10日，美國在TFTR裝置上使用氘、氚各50%的混合燃料，使溫度達(dá)到3億至4億攝氏度，兩次實驗釋放的聚變能分別為0.3萬千瓦和0.56萬千瓦，能量增益因子Q值達(dá)0.28。

1997年9月22日，聯(lián)合歐洲環(huán)JET又創(chuàng)造輸出功率為1.29萬千瓦的世界紀(jì)錄，能量增益因子Q值達(dá)0.60，持續(xù)時間2秒。

1997年12月，日本宣布，在JT-60上成功進(jìn)行了氘-氘反應(yīng)實驗，換算到氘-氚反應(yīng)，Q值可以達(dá)到1.00。后來，Q值又超過了1.25，首次實現(xiàn)輸出能量大于輸入能量。

近年來，我國在受控核聚變研究上也取得長足進(jìn)展。2016年11月2日消息，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院等離子體所承擔(dān)的國家大科學(xué)工程“人造太陽”實驗裝置EAST在第11輪物理實驗中再獲重大突破，獲得超過60秒的穩(wěn)態(tài)高約束模等離子體放電。EAST因此成為世界首個實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運行持續(xù)時間達(dá)到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。

ITER計劃值得期待

1985年，時任美國總統(tǒng)里根和蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈爾巴喬夫，在一次首腦會議上倡議開展一個核聚變研究的國際合作計劃。1987年春，國際原子能機(jī)構(gòu)總干事邀請歐共體、日本、美國和加拿大、蘇聯(lián)的代表在維也納開會，討論加強(qiáng)核聚變研究的國際合作問題，并達(dá)成了協(xié)議，四方合作設(shè)計建造國際熱核實驗堆。

1998年，美國退出ITER計劃。我國從2003年正式加入ITER計劃談判。同期，美國重返ITER計劃。直到2007年，由中、歐、日、韓、俄、美6方組成的ITER國際組織正式成立（印度后來加入）。

ITER設(shè)計總聚變功率將達(dá)到50萬千瓦，是一個電站規(guī)模的實驗反應(yīng)堆。其作用和任務(wù)是，用具有電站規(guī)模的實驗堆證明氘氚等離子體的受控點火和持續(xù)燃燒，驗證聚變反應(yīng)堆系統(tǒng)的工程可行性，綜合測試聚變發(fā)電所需的高熱流與核部件，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運行。

ITER場址設(shè)在法國南部�？怂挂员钡目ㄟ_(dá)哈什。2008年，ITER裝置進(jìn)入實地建造階段。它占地180公頃，共由39棟建筑組成，實驗堆主體直徑28米，高30米，聚變功率相當(dāng)于50萬千瓦電站的核反應(yīng)堆。按當(dāng)前計劃，ITER裝置預(yù)計2019年基本建成，預(yù)計2027年開展氘氚聚變實驗。

國際核聚變界對ITER計劃及其后聚變能源發(fā)展比較普遍的看法是，建造和運行ITER的科學(xué)和工程技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備；再經(jīng)過示范堆、商業(yè)聚變核電站（商用堆）兩個階段，聚變能商業(yè)化將在本世紀(jì)中葉或者稍晚實現(xiàn)。