世界最大“人造太阳”正式安装,受控核聚变研究走过了哪些路程? 核聚变吉尼斯记录( 二 )


1968年8月,在前苏联新西伯利亚召开国际原子能机构聚变能大会,阿齐莫维齐宣称T-3托卡马克电子温度达到一千万摄氏度,比普林斯顿的仿星器的温度和约束时间高出了10倍多 。西方世界不相信这一结果 。阿齐莫维齐邀请英国卡尔汉姆实验室的一个小组带着当时世界最先进的汤姆逊散射测量系统到莫斯科来检验这一结果 。次年,测量结果比宣称的一千万摄氏度还要高出许多,从此开启了托卡马克磁约束聚变高歌猛进的新时代 。托卡马克装置如雨后春笋般建立起来,全世界建了几十个装置,而且越建越大 。大家都知道个人电脑CPU芯片的更新速度很快,但大家并不知道,近50年托卡马克等离子体的性能提升速度比CPU芯片还要快 。
1982年在德国的ASDEX托卡马克装置上发现了等离子体高约束模式,让人们看到了成功的希望 。20世纪70年代后期到80年代中期,国际上建成了三个较大的托卡马克装置:美国的TFTR,欧盟的JET和日本的JT-60U 。1996年10月,日本JT-60U达到等效能量得失相当,即聚变产出的能量超过了输入的能量;这个装置曾达到4亿度的中心离子温度,并申报了吉尼斯世界纪录 。JET和TFTR开展了真正的氘氚聚变实验 。这些实验证实了核聚变作为能源原理上的可行性 。
问:国际热核聚变实验堆(ITER)计划是怎么提出和演变的?
答:全世界60多年的核聚变研究,为建造核聚变反应堆奠定了坚实的科学和技术基础 。通过这些装置的实验,人们发现,要实现核聚变反应堆的自持燃烧条件,需要建造一个很大的装置,而且要用超导线圈,其成本很高 。开发聚变能是为了全人类共同的利益和未来,超越了国界 。于是,全世界决定联合起来建造第一个聚变实验堆,这就是ITER计划 。
ITER计划最初是美国和前苏联提出的,作为缓和当年冷战情绪的举措之一 。1985年日内瓦峰会戈尔巴乔夫和里根总统讨论ITER设想 。1987年雷克雅维克峰会前苏联、欧盟、日本、美国达成协议 。1988年在国际原子能机构资助下在维也纳启动概念设计 。1992年开始工程设计 。1998年,基于低约束模式的ITER装置设计完成,装置尺寸较大,成本较高,不幸赶上世界经济危机,美国退出 。2001年,基于高约束模式的ITER装置设计完成,装置直径缩小一半,ITER重组 。2003年1月,国务院批准我国参加ITER计划谈判 。2005年6月28日ITER决定选址法国南部的卡特拉舍 。2007年10月24日ITER国际组织正式成立 。
ITER于2007年启动建造,其部件按各国出资比例由世界各地的顶级企业、科研院所和国家实验室承担研制 。到2020年,经过13年的努力,其大部分的部件已研制完成,陆续运抵法国 。ITER装置主机大厅也已完工 。不久前的7月28日,ITER重大工程安装正式启动 。由中科院合肥研究院等离子体物理研究所、中核集团所属单位和法国相关科研单位组成的中法联合体击败竞争对手,中标了ITER装置主机的总装合同 。总装预计2025年底结束,开始投入运行 。
ITER在拉丁语中有“道路”的意思,意指人类探索终极能源的必由之路 。ITER的设计和建造集人类60年的核聚变研究成果,汇集了全球的聚变研究人才、智慧、资源和力量,是人类迄今为止最庞大、最复杂、最困难的大科学工程 。如果实验成功,无疑将成为人类文明史上的又一个奇迹 。
问:我国的受控热核聚变研究进展如何?
答:早在上世纪90年代,以霍玉平院士为首的中国老一辈磁约束聚变科学家就看到了超导托卡马克这一未来发展趋势,从HT-7超导托卡马克开始,开启了中国的超导核聚变实验装置研究之路 。当时美国普林斯顿等离子体物理实验室设计了一个全超导的托卡马克TPX,可惜遇到经济危机,没有付诸建造 。1996年,中国科学院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所向国家提出了建造世界上首个全超导托卡马克——EAST(东方超环)的计划 。EAST由中科院合肥研究院等离子体物理研究所自主设计建造,于2006年建成 。