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    在托卡馬克裝置上的核聚變

    2017/1/17 15:08:25

    1991年11月9日,歐共體的JET托卡馬克裝置成功地實(shí)現(xiàn)了核聚變史上第一次氘-氚運(yùn)行實(shí)驗(yàn),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(wàn)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(shí),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(guó)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(shí)驗(yàn)釋放的聚變能分別為0.3萬(wàn)千瓦和0.56萬(wàn)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(wàn)千瓦的世界紀(jì)錄,能量增益因子Q值達(dá)0.60,持續(xù)時(shí)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(shí)驗(yàn),換算到氘-氚反應(yīng),Q值可以達(dá)到1.00。后來(lái),Q值又超過(guò)了1.25,首次實(shí)現(xiàn)輸出能量大于輸入能量。

    近年來(lái),我國(guó)在受控核聚變研究上也取得長(zhǎng)足進(jìn)展。2016年11月2日消息,中國(guó)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(guó)家大科學(xué)工程“人造太陽(yáng)”實(shí)驗(yàn)裝置EAST在第11輪物理實(shí)驗(yàn)中再獲重大突破,獲得超過(guò)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(gè)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行持續(xù)時(shí)間達(dá)到分鐘量級(jí)的托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置。

    ITER計(jì)劃值得期待

    1985年,時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)里根和蘇聯(lián)領(lǐng)導(dǎo)人戈?duì)柊蛦谭,在一次首腦會(huì)議上倡議開展一個(gè)核聚變研究的國(guó)際合作計(jì)劃。1987年春,國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)總干事邀請(qǐng)歐共體、日本、美國(guó)和加拿大、蘇聯(lián)的代表在維也納開會(huì),討論加強(qiáng)核聚變研究的國(guó)際合作問(wèn)題,并達(dá)成了協(xié)議,四方合作設(shè)計(jì)建造國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)堆。

    1998年,美國(guó)退出ITER計(jì)劃。我國(guó)從2003年正式加入ITER計(jì)劃談判。同期,美國(guó)重返ITER計(jì)劃。直到2007年,由中、歐、日、韓、俄、美6方組成的ITER國(guó)際組織正式成立(印度后來(lái)加入)。

    ITER設(shè)計(jì)總聚變功率將達(dá)到50萬(wàn)千瓦,是一個(gè)電站規(guī)模的實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆。其作用和任務(wù)是,用具有電站規(guī)模的實(shí)驗(yàn)堆證明氘氚等離子體的受控點(diǎn)火和持續(xù)燃燒,驗(yàn)證聚變反應(yīng)堆系統(tǒng)的工程可行性,綜合測(cè)試聚變發(fā)電所需的高熱流與核部件,實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

    ITER場(chǎng)址設(shè)在法國(guó)南部?怂挂员钡目ㄟ_(dá)哈什。2008年,ITER裝置進(jìn)入實(shí)地建造階段。它占地180公頃,共由39棟建筑組成,實(shí)驗(yàn)堆主體直徑28米,高30米,聚變功率相當(dāng)于50萬(wàn)千瓦電站的核反應(yīng)堆。按當(dāng)前計(jì)劃,ITER裝置預(yù)計(jì)2019年基本建成,預(yù)計(jì)2027年開展氘氚聚變實(shí)驗(yàn)。

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

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