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基本介紹

“國(guo)(guo)際熱核(he)聚變實(shi)驗堆（ITER）計(ji)(ji)劃(hua)”是目前全球(qiu)規模最大(da)、影響最深遠(yuan)的(de)國(guo)(guo)際科研(yan)合作(zuo)項目之一(yi)，建造約需10年(nian)，耗(hao)資50億美元（1998年(nian)值）。ITER裝置是一(yi)個能(neng)產生大(da)規模核(he)聚變反應的(de)超導托(tuo)克馬克，俗稱“人造太陽(yang)”。2003年(nian)1月(yue)，國(guo)(guo)務院批(pi)準我(wo)國(guo)(guo)參加(jia)ITER計(ji)(ji)劃(hua)談判，2006年(nian)5月(yue)，經國(guo)(guo)務院批(pi)準，中國(guo)(guo)ITER談判聯合小組代表我(wo)國(guo)(guo)政(zheng)府與歐盟(meng)、印度(du)、日(ri)本(ben)、韓(han)國(guo)(guo)、俄羅(luo)斯和(he)美國(guo)(guo)共同草簽了ITER計(ji)(ji)劃(hua)協定。這七方包括了全世界(jie)主要的(de)核(he)國(guo)(guo)家(jia)(jia)和(he)主要的(de)亞洲國(guo)(guo)家(jia)(jia)，覆(fu)蓋的(de)人口接近全球(qiu)一(yi)半。我(wo)國(guo)(guo)參加(jia)ITER計(ji)(ji)劃(hua)是基于能(neng)源長遠(yuan)的(de)基本(ben)需求。2013年(nian)1月(yue)5日(ri)中科院合肥物質研(yan)究院宣布，“人造太陽(yang)”實(shi)驗裝置輔(fu)助加(jia)熱工程的(de)中性束注入系統在綜合測試平(ping)臺上成(cheng)功(gong)實(shi)現100秒長脈沖氫中性束引(yin)出。

建設沿革

由(you)于聚變能的研究不僅(jin)關系到解決(jue)人(ren)類能源問題，而且還(huan)涉及(ji)眾多(duo)先進(jin)且非常敏感的技術，因此，ITER計劃的形(xing)成除(chu)與(yu)(yu)科(ke)學(xue)技術本身(shen)的發展有關外，還(huan)始終與(yu)(yu)主(zhu)要大國(guo)在(zai)政(zheng)治和(he)外交方(fang)面(mian)的考慮分不開。本文將主(zhu)要從科(ke)學(xue)和(he)技術角度作一(yi)些分析和(he)說(shuo)明。

1985年，作為(wei)結(jie)束冷戰(zhan)的標志性行動之一，前蘇聯(lian)領(ling)導(dao)人(ren)戈(ge)爾巴(ba)喬夫和美(mei)國總統里根在日內瓦峰會上倡議，由美(mei)、蘇、歐、日共同啟動"國際熱核聚(ju)變(bian)實驗堆（ITER）"計劃(hua)(hua)。ITER計劃(hua)(hua)的目(mu)標是要(yao)建造一個可自持燃燒(shao)（即"點火"）的托可馬克核聚(ju)變(bian)實驗堆，以便對(dui)未來聚(ju)變(bian)示范(fan)堆及商用聚(ju)變(bian)堆的物理和工程問題做深入探索(suo)。

該(gai)計劃僅確定(ding)由(you)美(mei)、俄(e)、歐(ou)(ou)(ou)、日(ri)四方(fang)參加(jia)，獨(du)(du)立(li)于聯合國原子能委員會（IAEA）之外，總(zong)部分(fen)(fen)設(she)(she)美(mei)、日(ri)、歐(ou)(ou)(ou)三處。由(you)于當時的(de)科學和技(ji)術條件還不(bu)成熟，四方(fang)科技(ji)人員于1996年提出的(de)ITER初步(bu)設(she)(she)計很不(bu)合理，要求(qiu)投資上百億美(mei)元。1998年，美(mei)國出于政治原因及國內紛(fen)爭，以加(jia)強(qiang)基礎(chu)研究為(wei)名，宣(xuan)布退(tui)出ITER計劃。歐(ou)(ou)(ou)、日(ri)、俄(e)三方(fang)則繼續堅持合作(zuo)(zuo)，并基于上世紀90年代核聚變研究及其他高新(xin)技(ji)術的(de)新(xin)發展，大幅度(du)修改實驗堆的(de)設(she)(she)計。2001年，歐(ou)(ou)(ou)、日(ri)、俄(e)聯合工(gong)作(zuo)(zuo)組完成了ITER裝置新(xin)的(de)工(gong)程設(she)(she)計（EDA）及主要部件的(de)研制，預計建(jian)造(zao)費用為(wei)50億美(mei)元（1998年價），建(jian)造(zao)期8至10年，運行期20年。其后，三方(fang)分(fen)(fen)別(bie)組織了獨(du)(du)立(li)的(de)審查，都認為(wei)設(she)(she)計合理，基本上可以接受。

2002年(nian)(nian)，歐、日(ri)(ri)、俄三方(fang)以(yi)EDA為(wei)基礎開始協(xie)商ITER計劃的(de)(de)國(guo)際(ji)協(xie)議及(ji)相應國(guo)際(ji)組(zu)(zu)織(zhi)的(de)(de)建立，并(bing)表示歡迎中國(guo)與(yu)美國(guo)參(can)加(jia)(jia)(jia)(jia)ITER計劃。中國(guo)于(yu)2003年(nian)(nian)1月初正式宣(xuan)(xuan)布(bu)參(can)加(jia)(jia)(jia)(jia)協(xie)商，其后(hou)美國(guo)在(zai)1月末由(you)布(bu)什總(zong)統特別宣(xuan)(xuan)布(bu)重新(xin)參(can)加(jia)(jia)(jia)(jia)ITER計劃，韓國(guo)在(zai)2005年(nian)(nian)被(bei)接受參(can)加(jia)(jia)(jia)(jia)ITER計劃協(xie)商。以(yi)上六(liu)方(fang)于(yu)2005年(nian)(nian)6月簽訂協(xie)議，一致同意(yi)把ITER建在(zai)法國(guo)核技(ji)術研(yan)究中心Cadarache，從而(er)結束了(le)激烈的(de)(de)"選(xuan)址大(da)戰"。印(yin)度于(yu)2006年(nian)(nian)加(jia)(jia)(jia)(jia)入ITER協(xie)商。七個成員(yuan)國(guo)政府于(yu)2006年(nian)(nian)5月25日(ri)(ri)草簽了(le)建設ITER的(de)(de)國(guo)際(ji)協(xie)定(ding)。目前(qian)國(guo)際(ji)組(zu)(zu)織(zhi)正在(zai)組(zu)(zu)建，總(zong)干事和副(fu)總(zong)干事人(ren)選(xuan)已確定(ding)。還有一些(xie)國(guo)家(jia)也正在(zai)考慮參(can)加(jia)(jia)(jia)(jia)ITER計劃。

在ITER建設總投資(zi)的(de)50億美元（1998年(nian)值）中，歐盟貢(gong)(gong)獻(xian)46%，美、日、俄、中、韓、印各貢(gong)(gong)獻(xian)約(yue)9%。根據協議，中國(guo)(guo)(guo)貢(gong)(gong)獻(xian)中的(de)70%以上由(you)我國(guo)(guo)(guo)制造所約(yue)定的(de)ITER部件折算，10%由(you)我國(guo)(guo)(guo)派出(chu)所需合格(ge)人員折算，需支付國(guo)(guo)(guo)際組織的(de)外匯不到20%。

作(zuo)為聚變能(neng)實(shi)驗堆，ITER要把(ba)上(shang)億度、由氘(dao)氚(chuan)組成(cheng)的(de)(de)(de)高溫(wen)等離子體(ti)約束在體(ti)積達(da)(da)837立方米的(de)(de)(de)"磁籠(long)"中(zhong)，產生50萬(wan)千(qian)瓦的(de)(de)(de)聚變功(gong)率，持續時間達(da)(da)500秒。50萬(wan)千(qian)瓦熱功(gong)率已經相當于(yu)一個小型熱電(dian)站的(de)(de)(de)水平。這將是人(ren)類第一次在地球上(shang)獲(huo)得持續的(de)(de)(de)、有大量(liang)核聚變反(fan)應的(de)(de)(de)高溫(wen)等離子體(ti)，產生接近電(dian)站規模的(de)(de)(de)受(shou)控聚變能(neng)。

在(zai)ITER上開展(zhan)的(de)(de)研(yan)究(jiu)工作將揭(jie)示這種(zhong)帶有氘氚核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反應的(de)(de)高溫等離(li)子體的(de)(de)特性，探索(suo)它的(de)(de)約束、加(jia)熱(re)和能量(liang)損失機制，等離(li)子體邊(bian)界的(de)(de)行(xing)為以及的(de)(de)控制條(tiao)件，從而為今后(hou)建設(she)商(shang)用的(de)(de)核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反應堆奠(dian)定(ding)堅實(shi)的(de)(de)科(ke)學基礎(chu)。對ITER裝置工程整(zheng)體及各部件在(zai)50萬千瓦聚(ju)(ju)變(bian)(bian)功(gong)率長時間(jian)持續過(guo)程中產生的(de)(de)變(bian)(bian)化及可能出現問(wen)題的(de)(de)研(yan)究(jiu)，不(bu)僅將驗證受控熱(re)核聚(ju)(ju)變(bian)(bian)能的(de)(de)工程可行(xing)性，而且還將對今后(hou)如何設(she)計和建造聚(ju)(ju)變(bian)(bian)反應堆提(ti)供必不(bu)可少的(de)(de)信(xin)息。

ITER的(de)(de)建設、運行(xing)和實(shi)驗研究是人類(lei)發(fa)展聚變(bian)(bian)能的(de)(de)必要一(yi)步，有(you)可能直接決定真正聚變(bian)(bian)示(shi)范電站(zhan)（DEMO）的(de)(de)設計和建設，并進而(er)促(cu)進商用聚變(bian)(bian)電站(zhan)的(de)(de)更快實(shi)現。

ITER裝置是一個能(neng)產生大規模核(he)聚變反應(ying)(ying)的(de)超導托克馬克。其裝置中(zhong)心是高(gao)溫氘氚等離(li)子(zi)體環(huan)，其中(zhong)存在15兆安的(de)等離(li)子(zi)體電流，核(he)聚變反應(ying)(ying)功率(lv)達50萬(wan)千瓦(wa)，每秒釋放(fang)多(duo)達1020個高(gao)能(neng)中(zhong)子(zi)。等離(li)子(zi)體環(huan)在屏(ping)(ping)蔽包層的(de)環(huan)型包套中(zhong)，屏(ping)(ping)蔽包層將吸收50萬(wan)千瓦(wa)熱功率(lv)及核(he)聚變反應(ying)(ying)所產生的(de)所有中(zhong)子(zi)。

在(zai)包層外是巨大的環形真空室(shi)。在(zai)下側有偏慮器與真空室(shi)相(xiang)連，可排出核反應(ying)后的廢氣(qi)。真空室(shi)穿在(zai)16個(ge)大型(xing)超導環向場(chang)線圈（即縱場(chang)線圈）中(zhong)。

環(huan)向(xiang)超導磁(ci)(ci)體將產生5.3特斯拉的環(huan)向(xiang)強(qiang)磁(ci)(ci)場，是裝(zhuang)置的關鍵部件之(zhi)一，價值超過12億美元。

穿(chuan)過環的(de)中心(xin)是一(yi)個(ge)巨(ju)大的(de)超導線(xian)(xian)(xian)圈(quan)筒（中心(xin)螺管(guan)），在環向(xiang)場(chang)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)外側還布有六個(ge)大型環向(xiang)超導線(xian)(xian)(xian)圈(quan)，即極向(xiang)場(chang)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)。中心(xin)螺管(guan)和(he)極向(xiang)場(chang)線(xian)(xian)(xian)圈(quan)的(de)作用是產生等離(li)子體電流和(he)控(kong)制(zhi)等離(li)子體位形。

上述(shu)系(xi)統整個被(bei)罩(zhao)于一個大杜瓦(wa)中(zhong)，坐落于底座上，構成實驗(yan)堆本體(ti)。在本體(ti)外分(fen)布4個10兆瓦(wa)的強流粒子加速器，10兆瓦(wa)的穩態毫米電磁波(bo)系(xi)統，20兆瓦(wa)的射頻(pin)波(bo)系(xi)統及(ji)數(shu)十種先進的等離子體(ti)診斷測量(liang)系(xi)統。

整(zheng)個體系(xi)(xi)還包(bao)括：大型供電系(xi)(xi)統(tong)、大型氚工廠、大型供水(shui)（包(bao)括去(qu)離子水(shui)）系(xi)(xi)統(tong)、大型高(gao)真(zhen)空(kong)系(xi)(xi)統(tong)、大型液(ye)氮、液(ye)氦低溫系(xi)(xi)統(tong)等。

ITER本體內所(suo)有可能的調(diao)整和維(wei)修都是通過遠程控制的機器人或(huo)機器手完成。

ITER裝置不僅反(fan)映了國際聚變(bian)能研究的(de)(de)新(xin)成(cheng)果，而且綜合了當今(jin)世界各領(ling)域的(de)(de)一(yi)些頂尖技(ji)術(shu)，如(ru)：大型(xing)超導磁體技(ji)術(shu)，中能高流強加速(su)器技(ji)術(shu)，連續、大功率毫(hao)米波技(ji)術(shu)，復(fu)雜(za)的(de)(de)遠程控(kong)制技(ji)術(shu)等等。

2013年9月25日（北京時間）消(xiao)息(xi)，勞(lao)倫斯·利弗莫(mo)爾國(guo)家實驗(yan)室報(bao)告稱，世界大激光器、被稱為(wei)“人造太陽”的美國(guo)國(guo)家點(dian)火裝(zhuang)置（NIF）正距(ju)離其目標越來越近，顯示了一(yi)個可持(chi)續核聚變反應裝(zhuang)置正在由夢(meng)想逐(zhu)步成為(wei)現(xian)實。不過(guo)在設(she)施達到高(gao)度穩定前，目前仍(reng)有一(yi)個顯著障(zhang)礙有待克服。