在托卡马克装置上的核聚变

2017/1/17 15:08:45

1991年11月9日，欧共体的JET托卡马克装置成功地实现了核聚变史上第一次氘-氚运行实验，在氘氚6比1的混合燃料中，等离子体温度达到3亿摄氏度，核聚变反应持续了2秒钟，获得的聚变输出功率为0.17万千瓦，能量增益因子Q（即输出能量与输入能量之比，Q大于1时，有增益能量输出）值达0.11-0.12。

1993年12月9日和10日，美国在TFTR装置上使用氘、氚各50%的混合燃料，使温度达到3亿至4亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，能量增益因子Q值达0.28。

1997年9月22日，联合欧洲环JET又创造输出功率为1.29万千瓦的世界纪录，能量增益因子Q值达0.60，持续时间2秒。

1997年12月，日本宣布，在JT-60上成功进行了氘-氘反应实验，换算到氘-氚反应，Q值可以达到1.00。后来，Q值又超过了1.25，首次实现输出能量大于输入能量。

近年来，我国在受控核聚变研究上也取得长足进展。2016年11月2日消息，中国科学院合肥物质科学研究院等离子体所承担的国家大科学工程“人造太阳”实验装置EAST在第11轮物理实验中再获重大突破，获得超过60秒的稳态高约束模等离子体放电。EAST因此成为世界首个实现稳态高约束模运行持续时间达到分钟量级的托卡马克核聚变实验装置。

ITER计划值得期待

1985年，时任美国总统里根和苏联领导人戈尔巴乔夫，在一次首脑会议上倡议开展一个核聚变研究的国际合作计划。1987年春，国际原子能机构总干事邀请欧共体、日本、美国和加拿大、苏联的代表在维也纳开会，讨论加强核聚变研究的国际合作问题，并达成了协议，四方合作设计建造国际热核实验堆。

1998年，美国退出ITER计划。我国从2003年正式加入ITER计划谈判。同期，美国重返ITER计划。直到2007年，由中、欧、日、韩、俄、美6方组成的ITER国际组织正式成立（印度后来加入）。

ITER设计总聚变功率将达到50万千瓦，是一个电站规模的实验反应堆。其作用和任务是，用具有电站规模的实验堆证明氘氚等离子体的受控点火和持续燃烧，验证聚变反应堆系统的工程可行性，综合测试聚变发电所需的高热流与核部件，实现稳态运行。

ITER场址设在法国南部埃克斯以北的卡达哈什。2008年，ITER装置进入实地建造阶段。它占地180公顷，共由39栋建筑组成，实验堆主体直径28米，高30米，聚变功率相当于50万千瓦电站的核反应堆。按当前计划，ITER装置预计2019年基本建成，预计2027年开展氘氚聚变实验。

国际核聚变界对ITER计划及其后聚变能源发展比较普遍的看法是，建造和运行ITER的科学和工程技术基础已经具备；再经过示范堆、商业聚变核电站（商用堆）两个阶段，聚变能商业化将在本世纪中叶或者稍晚实现。