科普: 什么是国际热核聚变实验堆？意义何在?

来源：新华网　2020-07-30 09:43:05

国际热核聚变实验堆(ITER)计划重大工程安装启动仪式28日在法国举行，本次启动的是国际热核聚变实验堆托卡马克装置安装工程，该举引来全球关注。那什么是ITER计划?托卡马克装置又是什么?中国在ITER计划中发挥了怎样的作用?

问：什么是ITER计划?意义何在?

答：国际热核聚变实验堆计划简称ITER计划，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，由中国与欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方共同实施。自1985年首次提出ITER的想法以来，成千上万的工程师和科学家为ITER的设计做出了贡献。

该计划承载着人类和平利用核聚变能的美好愿望，旨在模拟太阳发光发热的核聚变过程，探索核聚变技术商业化的可行性，对于从根本上解决人类共同面临的能源问题、环境问题和社会可持续发展问题具有重大意义。

ITER不会发电，但是它将解决关键的科学和技术问题，被视为“当今专注于等离子体物理研究的核聚变机器和明天的核聚变电厂之间的实验步骤”。

问：什么是托卡马克装置?

答: 托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置。它的中央是一个环形真空，外面围绕着线圈。通电时其内部会产生巨大螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高温度，以达到受控核聚变的目的。

术语“托卡马克”来自俄语首字母缩写，指的是“带有电磁线圈的环形真空室”。托卡马克由苏联研究机构在20世纪60年代末首次开发出来，如今已在世界范围内被采用，成为最有前景的磁约束核聚变装置。ITER计划的托卡马克装置将成为世界上最大的托卡马克装置，其体积是目前运行的最大托卡马克装置的两倍，其等离子体反应室容积也是其10倍。

问：什么是核聚变?

答：核聚变是太阳和恒星的能量来源。在这些星体核心的巨大热量和重力下，氢原子核相互碰撞，聚合成更重的氦原子，并在此过程中释放出大量能量。

20世纪的聚变科学确定了实验室环境中最有效的核聚变反应是两个氢同位素氘和氚之间的反应。在实验室中实现聚变必须满足3个条件：极高的温度、足够的等离子体粒子密度以及足够的限制时间。在托卡马克装置内部，在极高的热量和压力的影响下，气态氢燃料变成了等离子体，该环境为氢原子发生核聚变并产生能量创造了条件。

问: ITER的下一个里程碑是什么?

答: 根据ITER计划此前发表的公报，通过对项目进展的评估，托卡马克装置有望在2025年首次开机，这也是ITER数十年运行计划的第一步。氘氚聚变实验预计于2035年开始。

问：中国发挥了哪些作用?

答：中国自2006年开始参与ITER计划。作为七方成员之一，中国承担了ITER装置近10%的采购包。中科院等离子体物理研究所是中方任务的主要承担单位，自2009年以来主持了超导导体、校正场线圈、磁体馈线系统等制造任务，目前大部分采购包部件已实现全国产化。

2019年9月，中核集团牵头的中法联合体团队正式与ITER组织签订托卡马克主机TAC-1安装标段工程合同。作为该标段的第一个重要工程节点，ITER的杜瓦底座(托卡马克装置压力容器的底座)吊装工作于今年5月28日完成。

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