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基本介紹

“國(guo)(guo)(guo)際熱核(he)聚變實驗堆（ITER）計劃(hua)”是(shi)目(mu)前全(quan)球規模(mo)最大、影響最深遠(yuan)的(de)(de)國(guo)(guo)(guo)際科(ke)研(yan)合(he)(he)作項目(mu)之一，建造約(yue)需(xu)10年，耗資50億(yi)美元（1998年值）。ITER裝置是(shi)一個能產生大規模(mo)核(he)聚變反應的(de)(de)超導(dao)托克馬克，俗稱“人造太(tai)陽(yang)”。2003年1月(yue)，國(guo)(guo)(guo)務院批(pi)準我國(guo)(guo)(guo)參(can)加(jia)ITER計劃(hua)談判(pan)，2006年5月(yue)，經國(guo)(guo)(guo)務院批(pi)準，中(zhong)國(guo)(guo)(guo)ITER談判(pan)聯合(he)(he)小組(zu)代(dai)表我國(guo)(guo)(guo)政府與歐盟、印度、日本(ben)、韓國(guo)(guo)(guo)、俄羅斯和(he)美國(guo)(guo)(guo)共同草簽(qian)了ITER計劃(hua)協定。這七方(fang)包括了全(quan)世界(jie)主要的(de)(de)核(he)國(guo)(guo)(guo)家和(he)主要的(de)(de)亞洲國(guo)(guo)(guo)家，覆蓋的(de)(de)人口接近(jin)全(quan)球一半(ban)。我國(guo)(guo)(guo)參(can)加(jia)ITER計劃(hua)是(shi)基(ji)于能源長遠(yuan)的(de)(de)基(ji)本(ben)需(xu)求。2013年1月(yue)5日中(zhong)科(ke)院合(he)(he)肥物質研(yan)究(jiu)院宣(xuan)布，“人造太(tai)陽(yang)”實驗裝置輔助加(jia)熱工程(cheng)的(de)(de)中(zhong)性束注入系統在綜合(he)(he)測試平臺(tai)上成功實現100秒長脈沖氫中(zhong)性束引出(chu)。

建設沿革

由于(yu)聚(ju)變能(neng)的(de)(de)(de)研究不僅關系到解決(jue)人類能(neng)源(yuan)問題，而且(qie)還涉及眾多先進且(qie)非常敏感的(de)(de)(de)技術(shu)，因(yin)此(ci)，ITER計劃的(de)(de)(de)形成除與科學(xue)技術(shu)本(ben)身的(de)(de)(de)發展有關外，還始終與主(zhu)要大國在政治和外交方(fang)面(mian)的(de)(de)(de)考慮分不開。本(ben)文將主(zhu)要從科學(xue)和技術(shu)角度作一(yi)些分析和說明。

1985年，作為結束(shu)冷戰的(de)標志性行動(dong)之一(yi)，前蘇聯領導人戈爾巴喬夫和美國總統里根(gen)在日內瓦峰(feng)會上倡議(yi)，由美、蘇、歐、日共同(tong)啟(qi)動(dong)"國際(ji)熱(re)核(he)聚(ju)變(bian)(bian)實驗(yan)堆(dui)（ITER）"計劃(hua)。ITER計劃(hua)的(de)目(mu)標是要(yao)建造一(yi)個可(ke)自持燃燒(shao)（即"點(dian)火"）的(de)托可(ke)馬克(ke)核(he)聚(ju)變(bian)(bian)實驗(yan)堆(dui)，以便對未來聚(ju)變(bian)(bian)示范堆(dui)及商用聚(ju)變(bian)(bian)堆(dui)的(de)物理和工程問題(ti)做(zuo)深入探索。

該計劃(hua)僅確定由美(mei)、俄、歐(ou)(ou)、日(ri)四方(fang)參(can)加，獨立(li)于(yu)聯合(he)國(guo)原(yuan)子(zi)能委員(yuan)會（IAEA）之外，總部分設美(mei)、日(ri)、歐(ou)(ou)三(san)處。由于(yu)當(dang)時的(de)科學和技術(shu)條(tiao)件(jian)(jian)還不(bu)成熟，四方(fang)科技人(ren)員(yuan)于(yu)1996年(nian)提出的(de)ITER初步(bu)設計很不(bu)合(he)理，要(yao)求投資上(shang)百億美(mei)元(yuan)。1998年(nian)，美(mei)國(guo)出于(yu)政(zheng)治(zhi)原(yuan)因及(ji)(ji)國(guo)內紛爭，以加強基(ji)(ji)礎研究(jiu)為名，宣布退出ITER計劃(hua)。歐(ou)(ou)、日(ri)、俄三(san)方(fang)則(ze)繼(ji)續堅持合(he)作，并基(ji)(ji)于(yu)上(shang)世紀90年(nian)代核(he)聚變研究(jiu)及(ji)(ji)其(qi)他高新(xin)技術(shu)的(de)新(xin)發展，大幅度修改(gai)實驗(yan)堆的(de)設計。2001年(nian)，歐(ou)(ou)、日(ri)、俄聯合(he)工作組(zu)完(wan)成了ITER裝置新(xin)的(de)工程(cheng)設計（EDA）及(ji)(ji)主(zhu)要(yao)部件(jian)(jian)的(de)研制(zhi)，預計建造費(fei)用為50億美(mei)元(yuan)（1998年(nian)價(jia)），建造期(qi)8至10年(nian)，運行期(qi)20年(nian)。其(qi)后，三(san)方(fang)分別(bie)組(zu)織(zhi)了獨立(li)的(de)審查，都認(ren)為設計合(he)理，基(ji)(ji)本上(shang)可以接受(shou)。

2002年(nian)(nian)，歐、日、俄三方以(yi)EDA為基礎開始協(xie)(xie)(xie)商(shang)ITER計(ji)劃(hua)的(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)(ji)協(xie)(xie)(xie)議(yi)及(ji)相應國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)(ji)組織(zhi)的(de)建立(li)，并(bing)表示(shi)歡(huan)迎中國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)與美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)參加(jia)ITER計(ji)劃(hua)。中國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)于(yu)2003年(nian)(nian)1月(yue)初(chu)正(zheng)式宣(xuan)布參加(jia)協(xie)(xie)(xie)商(shang)，其后美(mei)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)在(zai)(zai)1月(yue)末(mo)由布什(shen)總(zong)統特別宣(xuan)布重新參加(jia)ITER計(ji)劃(hua)，韓國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)在(zai)(zai)2005年(nian)(nian)被接受參加(jia)ITER計(ji)劃(hua)協(xie)(xie)(xie)商(shang)。以(yi)上六方于(yu)2005年(nian)(nian)6月(yue)簽訂協(xie)(xie)(xie)議(yi)，一致同意(yi)把ITER建在(zai)(zai)法(fa)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)核(he)技術研(yan)究中心Cadarache，從而結束了激烈的(de)"選址大(da)戰"。印度(du)于(yu)2006年(nian)(nian)加(jia)入ITER協(xie)(xie)(xie)商(shang)。七個成員國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)政府(fu)于(yu)2006年(nian)(nian)5月(yue)25日草簽了建設ITER的(de)國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)(ji)協(xie)(xie)(xie)定(ding)。目前國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)際(ji)(ji)組織(zhi)正(zheng)在(zai)(zai)組建，總(zong)干(gan)(gan)事和副總(zong)干(gan)(gan)事人選已確定(ding)。還有一些國(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)家也正(zheng)在(zai)(zai)考(kao)慮參加(jia)ITER計(ji)劃(hua)。

在ITER建設總投(tou)資的(de)50億(yi)美元（1998年(nian)值）中，歐盟貢(gong)獻(xian)46%，美、日、俄、中、韓、印各貢(gong)獻(xian)約9%。根據(ju)協議，中國貢(gong)獻(xian)中的(de)70%以上由(you)我國制造所約定的(de)ITER部(bu)件折(zhe)算，10%由(you)我國派出所需合(he)格人員(yuan)折(zhe)算，需支(zhi)付國際(ji)組織的(de)外(wai)匯不到20%。

作為聚(ju)變能實驗(yan)堆，ITER要把上億度(du)、由氘氚組成(cheng)的(de)高溫等(deng)離(li)子(zi)體(ti)約束在(zai)體(ti)積(ji)達(da)837立方米的(de)"磁籠(long)"中，產(chan)生(sheng)(sheng)50萬(wan)千(qian)瓦的(de)聚(ju)變功(gong)率，持續時間達(da)500秒(miao)。50萬(wan)千(qian)瓦熱(re)功(gong)率已經(jing)相當于一個小型熱(re)電(dian)站的(de)水平。這將是人類第一次在(zai)地球(qiu)上獲得持續的(de)、有大(da)量核聚(ju)變反應的(de)高溫等(deng)離(li)子(zi)體(ti)，產(chan)生(sheng)(sheng)接近電(dian)站規模的(de)受控聚(ju)變能。

在(zai)ITER上開展的(de)(de)(de)研究工(gong)作(zuo)將(jiang)(jiang)揭示這種(zhong)帶有氘氚核聚變反(fan)(fan)應(ying)的(de)(de)(de)高(gao)溫等離子體(ti)的(de)(de)(de)特性，探索(suo)它的(de)(de)(de)約(yue)束(shu)、加熱和(he)能量損失機制(zhi)，等離子體(ti)邊界的(de)(de)(de)行(xing)(xing)為以及的(de)(de)(de)控制(zhi)條(tiao)件，從而為今后建設商用的(de)(de)(de)核聚變反(fan)(fan)應(ying)堆奠定(ding)堅實的(de)(de)(de)科學基礎。對(dui)ITER裝置(zhi)工(gong)程(cheng)整體(ti)及各部件在(zai)50萬千瓦聚變功率長(chang)時間持續過程(cheng)中產生的(de)(de)(de)變化及可(ke)能出現問題的(de)(de)(de)研究，不僅將(jiang)(jiang)驗證受控熱核聚變能的(de)(de)(de)工(gong)程(cheng)可(ke)行(xing)(xing)性，而且(qie)還將(jiang)(jiang)對(dui)今后如何(he)設計和(he)建造(zao)聚變反(fan)(fan)應(ying)堆提供必不可(ke)少的(de)(de)(de)信息。

ITER的建設(she)、運(yun)行和實驗(yan)研(yan)究是人類發展(zhan)聚變能的必要一(yi)步，有可能直接(jie)決定真正(zheng)聚變示(shi)范電站（DEMO）的設(she)計和建設(she)，并(bing)進(jin)而促進(jin)商用(yong)聚變電站的更(geng)快實現。

ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的(de)(de)超導托克(ke)馬克(ke)。其(qi)裝置中(zhong)心是高溫氘氚等(deng)(deng)離(li)子(zi)(zi)體環，其(qi)中(zhong)存在(zai)15兆安的(de)(de)等(deng)(deng)離(li)子(zi)(zi)體電流，核聚變反應功率(lv)達50萬千瓦，每(mei)秒釋(shi)放多達1020個高能中(zhong)子(zi)(zi)。等(deng)(deng)離(li)子(zi)(zi)體環在(zai)屏蔽包層的(de)(de)環型包套中(zhong)，屏蔽包層將吸收50萬千瓦熱功率(lv)及核聚變反應所產生的(de)(de)所有(you)中(zhong)子(zi)(zi)。

在包層外是巨大(da)的環(huan)(huan)形真(zhen)空(kong)室。在下(xia)側有偏慮器與真(zhen)空(kong)室相連，可排(pai)出核反應后(hou)的廢氣。真(zhen)空(kong)室穿在16個大(da)型超導環(huan)(huan)向場(chang)線圈(quan)（即(ji)縱(zong)場(chang)線圈(quan)）中。

環向超(chao)(chao)導(dao)磁(ci)體將產(chan)生5.3特斯(si)拉的環向強磁(ci)場，是裝置的關鍵部件之(zhi)一，價值(zhi)超(chao)(chao)過(guo)12億美元。

穿過環(huan)的中心是一個巨大的超(chao)導線(xian)(xian)圈(quan)筒（中心螺(luo)管(guan)），在環(huan)向(xiang)場(chang)(chang)線(xian)(xian)圈(quan)外側還布(bu)有六個大型環(huan)向(xiang)超(chao)導線(xian)(xian)圈(quan)，即極向(xiang)場(chang)(chang)線(xian)(xian)圈(quan)。中心螺(luo)管(guan)和極向(xiang)場(chang)(chang)線(xian)(xian)圈(quan)的作用是產生(sheng)等離子體(ti)電(dian)流和控(kong)制等離子體(ti)位形。

上(shang)述系統(tong)(tong)整(zheng)個被罩(zhao)于一個大杜(du)瓦中，坐落于底座上(shang)，構成實驗堆本體。在(zai)本體外分布4個10兆(zhao)瓦的(de)強流(liu)粒子加速器，10兆(zhao)瓦的(de)穩(wen)態毫米電磁波系統(tong)(tong)，20兆(zhao)瓦的(de)射頻波系統(tong)(tong)及數十種先進的(de)等離子體診(zhen)斷測量系統(tong)(tong)。

整個體(ti)系(xi)還(huan)包(bao)括：大(da)型(xing)(xing)供電系(xi)統(tong)、大(da)型(xing)(xing)氚工廠、大(da)型(xing)(xing)供水（包(bao)括去離子水）系(xi)統(tong)、大(da)型(xing)(xing)高真空(kong)系(xi)統(tong)、大(da)型(xing)(xing)液氮、液氦低(di)溫系(xi)統(tong)等(deng)。

ITER本(ben)體內所有(you)可能的(de)調整(zheng)和(he)維修都(dou)是(shi)通(tong)過遠程控制的(de)機器人或機器手完(wan)成。

ITER裝置不僅反(fan)映了(le)國際聚變能研究的新成果，而(er)且(qie)綜合了(le)當今(jin)世界(jie)各領域的一些頂尖技(ji)(ji)術(shu)，如：大型超導磁體技(ji)(ji)術(shu)，中能高流強加速器技(ji)(ji)術(shu)，連續、大功率毫(hao)米(mi)波(bo)技(ji)(ji)術(shu)，復(fu)雜的遠程控(kong)制技(ji)(ji)術(shu)等等。

2013年9月25日（北(bei)京時間）消息(xi)，勞倫斯(si)·利弗莫爾(er)國家(jia)(jia)實驗室(shi)報告稱(cheng)，世界大(da)激光器(qi)、被稱(cheng)為“人(ren)造太陽”的美國國家(jia)(jia)點火裝置（NIF）正距離其(qi)目標越來(lai)越近，顯(xian)示了一個(ge)可持續(xu)核聚(ju)變反(fan)應裝置正在(zai)由夢想逐(zhu)步成為現實。不過在(zai)設施達到高(gao)度穩定(ding)前(qian)，目前(qian)仍有一個(ge)顯(xian)著障(zhang)礙(ai)有待克服(fu)。