这是全球各国合作规模最大、影响最为久远的国际科研项目之一,ITER——国际热核聚变实验堆,其在全球现有核聚变成果的基础上,旨在打造一个能容纳超大规模核聚变反应的托卡马克。所谓托卡马克也被称为人造太阳,是一个外部由线圈缠绕的真空容器,可以在通电时利用强大的磁场来将等离子体加热,最终产生一个超大型核聚变反应堆。这个由七方国际成员联合、中国参与的核能源设施,几乎集中全人类最顶尖的技术,将为地球未来的能源问题埋下一个伏笔。

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中科院等离子体所研制的全球最重超导线圈已运抵ITER总装现场

据悉2020年7月由中科院等离子体所打造的超导线圈经海运抵达法国普罗旺斯,该地正是国际热核聚变实验堆的总装现场,届时这个由中国制造、重量和技术难度全球之最的超导磁体,将在全球最大的托卡马克上,为解决人类未来的能源问题添砖加瓦。这个超导磁体全称为“极向场6号超导线圈”,重量高达400多吨,外部直径超11米,其将作为核反应堆主机的重要构件。即使在全球物流备受疫情影响的情况下,这个由等离子体所研发六年的超导线圈还是如期而至。

ITER国际热核聚变实验堆最早于1985年由美苏欧日四方提出

ITER计划的最早提出是在1985年举办的日内瓦峰会上,最初由美国、苏联、欧盟和日本四方启动。可是呢,这个计划虽然也是想打造一个托卡马克反应堆,但设计规划极其不合理,并且预测所耗费的资金高达百亿美元,所以1998年美国因为一系列原因退出了合作。之后ITER剩余的欧日俄三方成员开始重新修改设计反应堆,并在2001年提出了全新的工程设计和更低的建造成本,投资费用直接降低至50亿美元,ITER计划的大门开始重新向中美两个核资源强国打开。

总重2.3万吨的托卡马克装置将实现500兆瓦的聚变功率输出

2003年初,中国受邀正式加入这个国际上最大的科研合作组织,并且约定与后续加入的韩国、印度各自承担9%的投资,包括承担装置部件的各批次建造任务。而欧盟中参加的所有成员总共承担46%的费用,并且经过激烈的争论后七方成员最终在2006年中旬签订了合作协议。这个总重2.3万吨的托卡马克装置,将在自身容量840立方米的空间内,借助温度高达上亿度的等离子体实现500兆瓦的聚变功率输出,以尝试人类史上首次持续性可控核聚变的伟大实验。

ITER热核聚变实验堆计划为半世纪核聚变利用历程的第一历程

可以说ITER计划的展开,是各国乃至人类进一步利用核聚变反应的必经之路,也是最为重要的一环,也为商业核聚变堆的发展打下基础。ITER计划是全球各国已取得受控核聚变技术的集中体现,这个是本世纪核聚变应用的第一历程。而第二历程就是在ITER计划取得的成果上,打造核聚变商用的示范电站,开始尝试核聚变的商业化之路,第三历程将在本世纪中叶正式建设商用核聚变反应堆。核聚变的商业化关键就在解决可控核聚变的问题上,如此尖端的技术全球合作是大势所趋,中国自然也应该先行一步。

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