中核集團研發的國際熱核聚變實驗堆（ITER，又稱人造太陽）磁體支撐首批產品9日在貴州遵義交付，將被運往位於法國的國際熱核聚變實驗堆。（照片／百度圖庫）

          大陸首批「人造太陽」將運往法國 2018-06-10 12:39 

歷經八年，中核集團研發的國際熱核聚變實驗堆（ITER，又稱人造太陽）磁體支撐首批產品9日在貴州遵義交付，將被運往位於法國的國際熱核聚變實驗堆，為安裝的首批基礎性部件。

國際熱核聚變實驗堆，英文簡稱ITER，是由中國、美國、俄羅斯、歐盟、日本、韓國、印度等七方共同合作建造可實現大規模聚變反應的實驗堆，以解決人類共同面臨的能源問題。由於其原理和太陽發光發熱的原理相似，也被稱為「人造太陽」。

新華網報導，中國國際核聚變能源計劃執行中心主任羅德隆說，此次交付的「人造太陽」磁體支撐產品，是ITER重要結構安全部件之一，負責支撐整個熱核聚變實驗堆的核心裝置——磁體，其質量和進度關係到整個ITER裝置的運行穩定性和裝配進度。磁體支撐不僅承載著1萬噸的磁體系統重量，還要承受極端條件下惡劣的工作環境，決定對設計和製造的高要求。

ITER磁體支撐研發製造任務，由中核集團核工業西南物理研究院承辦。中核集團核工業西南物理研究院院長劉永說，自2010年12月以來，他們聯合國內多家企業組成的團隊歷經八年，先後完成從材料到製造工藝的系列認證，以及ITER磁體支撐採購包的生產製造任務，取得多項關鍵技術的重大突破，最終獲得ITER國際組織的認可，為和平利用核能和人類可持續發展貢獻「中國方案」。

劉永表示，大陸在包括磁體支撐在內的ITER採購包研製過程中，提升科技創新能力、高端製造水準、國際項目管理能力和專業技術人才培養能力，為中國聚變堆的建設提供強有力的技術及人才儲備。

據悉，中核集團在發展裂變核電技術的同時，堅持發展受控核聚變研究。中核集團核工業西南物理研究院作為大陸聚變研究核心基地之一，承擔的ITER技術任務涵蓋關鍵部件的研發、設備製造、決策管理等領域，在ITER採購包和核聚變大陸研發方面取得多項重大突破。 

                  (圖)國際熱核融合實驗反應爐模型。

      10年投入181億元 中國「人造太陽」2050年可實現應用

國際熱核融合實驗反應爐（ITER）計劃，也被稱為「人造太陽」計劃，是目前世界上規模僅次於國際太空站的大科學工程計劃。中國在過去10年投入人民幣約40億元（台幣181億元），在研究成果上取得國際領先地位。中國科技部部長萬鋼28日表示，將繼續推動ITER計畫的實施，不斷提升中國在核聚變能源領域的研發能力。

今年是中國加入「人造太陽」計劃10周年，中國科技部部長萬鋼28日在出席「ITER十年，回顧與展望」會議時表示，中國將繼續推動ITER計劃的實施，爭取在較短時間內，加強國際合作，貢獻「中國智慧」，使中國核聚變能源研究創新能力整體進入世界前列。此次會議，國際聚變界討論並將簽署《北京宣言》，定義聚變能研究發展的目的與加強合作，並達成解決世界能源短缺和環境污染問題的最終目的。

萬鋼在會議中表示，「ITER計劃的實施是一個平等參與、互利共贏、共同進步的國際大科學工程『範例』」，中國要盡最大努力，為應對全球氣候變化、和平利用核能和人類可持續發展貢獻中國的智慧與方案。此外，在科技部的支持下，中國聚變界已提出後ITER時代方案，完成了中國磁約束聚變工程實驗堆CFETR的概念設計。

國際熱核融合實驗反應爐計劃（ITER）目的是透過建造反應堆級核聚變裝置，驗證和平利用核聚變發電的科學和工程技術可行性。由於受控核聚變獲得能量原理與太陽釋放光熱相同，故被稱「人造太陽」。ITER計劃對從根本上解決人類共同面臨的能源問題，在多邊國際合作中佔據重要地位，由中國、歐盟、俄羅斯、美國、日本、韓國和印度7方共同展開研究。

中國科學院等離子體物理研究所於北京時間7月4日宣佈，中國的超導托卡馬克實驗裝置東方超環（EAST）在全球首次實現了上百秒的穩態高約束運行模式，此項跨越級突破為人類開發利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術基礎。這也是經過多年研究，中國的科研團隊成功攻克一大批國際共性難題後，在世界上首次實現5,000萬度等離子體持續放電101.2秒的高約束運行。

繼2016年末取得重大突破，時隔半年中國再次取得更具有里程碑意義的突破，實現了從60秒到百秒量級的跨越，顯示中國聚變研究的發展速度已遙遙領先其他國家。其重要性在於高約束模式是被物理學家認為的未來核聚變電站的最佳工作狀態，此次突破對於後續核聚變電站的研究具質變意義。 毫無疑問，這次的突破將為中國下一代核聚變裝置的建設，世界第一座核聚變電站——擬建的中國聚變工程試驗堆（CFETR），以及國際核聚變清潔能源的開發利用夯實基礎。



什麼是“人造太陽” 當下人類所處的時代，能源應用無所不在，但迄今為止各種能源的使用或多或少都會受到總量、時間或地域等的限制，而聚變能源的開發，將助力人類徹底解決能源需要。 科學實驗告訴我們，當質量較小的原子合併成質量較大的原子時，會伴之發生質量減少和能量釋放，即核聚變反應。與核裂變不同，使原子彼此合併發生核聚變，必須讓它們的原子核接近到飛米級。而要達到此距離，則需將原子核加熱到數千萬攝氏度以上，從而使其具有極大動能，以克服電荷間極大的斥力。亦因此，核聚變反應又被稱為熱核反應。 相較其他各種能源，核聚變的燃料供應充足。

核聚變能利用的主要燃料氘大量存在於海水中，海水中氘的總量約45萬億噸，按世界消耗的能量計算，海水中氘的聚變能可用幾百億年。另一種核聚變主要燃料氚則可由鋰製造，雖說地球上鋰的儲量比氘少，但從已知儲量兩千多億噸來看，人類將其用來進行氘氚反應也夠用了。 人們熟知的太陽即可謂是一個大規模的核聚變反應堆，每天都在產生巨大的能量，其中心溫度達到1,500萬攝氏度。雖然核聚變能源雖然取之不盡、用之不竭，但如何安全、可控地利用聚變能源卻是人類一直在努力仍未解決的課題。

為解決聚變控制問題，世界各地建立了多個聚變實驗裝置。美、法等國在上世紀80年代中期發起了耗資數十億歐元的國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，旨在建立世界上第一個受控熱核聚變實驗反應堆，為人類輸送巨大的清潔能量。這一過程與太陽產生能量的過程類似，故而受控熱核聚變實驗裝置也被俗稱為“人造太陽”。 穩態高約束運行模式是ITER計劃的基本運行模式，也是未來反應堆需要解決的關鍵科學問題。ITER預計將在2025年點火，產生第一束等離子體。中國於2003年加入了該計劃，並在項目中承擔10%的工作量。 中西角力“人造太陽” 中國雖然初期在ITER計劃中承擔工作量較小，但隨著時間的推移在該計劃中扮演的角色益發重要。

2016年，由中國研製的熱核聚變堆核心部件在國際上率先通過認證。中國科研人員在國際競爭中率先摸索出讓三種材料緊密結合的創新工藝，並在權威機構進行的試驗中經受住了比設計標准高出20%的極端高溫環境考驗。業界認為，這是中國對國際熱核聚變實驗堆項目的重大貢獻。 除了參與ITER項目，中國自己也在開發研製核聚變實驗裝置，並將其命名為EAST。EAST是由中國科學家耗時8年獨立設計建造的世界首個全超導核聚變實驗裝置，於2007年通過國家驗收。其規模比ITER小，但兩者均系全超導非圓截面托卡馬克，即兩者的等離子體位元形及主要的工程技術基礎相似，而EAST至少比ITER早投入實驗運行10年至15年。

      中國全超導托卡馬克核聚變實驗裝置EAST(圖源：新華社) 

中國“人造太陽”不斷獲得突破，EAST近年來取得一系列國際領先實驗成果。中國第四代核聚變實驗裝置東方超環高11米、直徑8米、重達400噸。2016年11月，EAST成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。而此次，EAST又實現百秒量級的突破，這是等離子體被控制在高約束模式下獲得的最長世界紀錄。

據瞭解，ITER將採用射頻波主導的低動量注入運行模式以及主動水冷的鎢偏濾器結構。EAST則是目前世界上唯一具備這兩大特色的且具有長脈沖運行能力的全超導托卡馬克，其穩態運行模式將為ITER和未來核聚變反應堆提供重要參考。

作為國際重要的長脈沖核聚變實驗平臺，近年來，EAST相繼完成了輔助加熱、鎢偏濾器、等離子體物理診斷等系統的升級改造，克服了加熱與電流驅動、分佈參數測量等關鍵技術難題，深入研究和基本解決了射頻波耦合、高約束等離子體穩定性控制、等離子體與壁相互作用物理、低動量條件下加熱和電流驅動下輸運、雜質輸運和控制等一系列穩態運行密切相關的物理問題。

中西方在“人造太陽”方面的角力，西方明顯已處於劣勢。 西方的憂慮 2016年4月25日，中科院等離子體物理研究所為法國聚變實驗裝置WEST建造的首套離子迴旋天線竣工並交付法方。這是中國首次向法國出口核聚變工程技術，同時亦是中國首次向國際輸出業界最高標准的核聚變關鍵部件。 顯然，中國的快速發展引發了其他國家的擔心。擬建的CFETR將在2030年投入運轉，最初的發電量為200兆瓦，在隨後10年發電量將提升至千兆瓦，超過大亞灣所有商業裂變反應堆的發電量。如果中國成為首個實現聚變技術商業化的國家，其經濟、地緣政治優勢將更為彰顯。

近年來中國在ITER項目中的影響力顯著提高，據傳，因為擔心中國將利用從ITER獲得的知識加快CFETR的建設速度，ITER項目的其他6個參與方，日本、韓國、俄羅斯、美國、印度和歐盟甚至討論要將中國踢出該國際項目組。但現實是，如果中國不再參與，受多年延遲和巨額超支嚴重困擾的ITER或將無法繼續下去。 在7個參與方中，ITER的中國籍雇員人數初期是最少的，如今已僅次於歐盟。“對其他國家來說，最好的選擇是接受甚至支持中國領導聚變研究”， 牛津大學基督聖體學院院長、前英國卡勒姆聚變中心主任史蒂文•考利（Steven Cowley）對媒體作出了如是表示。  

人造太陽是“國際熱核聚變實驗堆（ITER）計畫”的俗稱，是全球規模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一，建造約需10年，耗資50億美元（1998年值）。ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的超導托克馬克，俗稱“人造太陽”。2003年1月，國務院批准中國參加ITER計畫談判，2006年5月，經國務院批准，中國ITER談判聯合小組代表我國政府與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同草簽了ITER計畫協定。中國國參加ITER計畫是基於能源長遠的基本需求。2013年1月5日中科院合肥物質研究院宣佈，“人造太陽”實驗裝置輔助加熱工程的中性束注入系統在綜合測試平臺上成功實現100秒長脈衝氫中性束引出。國的全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（中文名為東方超環，簡稱EAST）在全球首次實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束模等離子體運行，創造了新的世界紀錄，為人類開發利用核聚變清潔能源奠定了重要的技術基礎。

                 

人造太陽是指科學家利用太陽核反應原理，為人類製造一種能提供能源的機器——人工可控核聚變裝置，科學家稱它為“全超導托克馬克試驗裝置”（托卡馬克是“磁線圈圓環室”的俄文縮寫，又稱環流器。這是一個由封閉磁場組成的“容器”，像一個中空的麵包圈，可用來約束電離子的等離子體）。

太陽的光和熱，來源於氫的兩個同胞兄弟——氘和氚（物理學叫氫的同位素）在聚變成一個氦原子的過程中釋放出的能量。“人造太陽”就是模仿的這一過程。氫彈是人們最早製造出的“人造太陽”。但氫彈的聚變過程是不可控的，它瞬間釋放出的巨大能量足以毀滅一切。而“全超導托克馬克試驗裝置”卻能控制這一過程。通過一種特殊的裝置已經可以把氘氚的聚變燃料加熱到四億到五億度的高溫區，然後在這麼高的溫度下就發生了大量的聚變反應。目前在世界上最大的托克馬克裝置“歐洲聯合環”上面已經獲得了最大的聚變功率輸出，到了16到17兆瓦。但是只能短暫地運行，也就是這個“磁籠”只能存在幾秒、十幾秒鐘。 

20世紀初，愛因斯坦預見了在原子核中蘊藏著巨大的能量。依據他提出的質能方程E＝mc2，核聚變的原理看上去極其簡單：兩個輕核在一定條件下聚合成一個較重核，但反應後品質有一定虧損，將釋放出巨大的能量。

1939年，美國物理學家貝特證實，一個氘原子核和一個氚原子核碰撞，結合成一個氦原子核，並釋放出一個中子和17.6兆電子伏特的能量。這個發現揭示了太陽“燃燒”的奧秘。

20世紀50年代初，蘇聯科學家塔姆和薩哈羅夫提出磁約束的概念。蘇聯庫爾恰托夫原子能研究所的阿奇莫維奇按照這樣的思路，不斷進行研究和改進，於1954年建成了第一個磁約束裝置。他將這一形如麵包圈的環形容器命名為托卡馬克(tokamak)。這是一個由封閉磁場組成的“容器”，像一個中空的麵包圈，可用來約束電離了的等離子體。

托卡馬克中等離子體的束縛是靠縱場(環向場)線圈，產生環向磁場，約束等離子體，極向場控制等離子體的位置和形狀，中心螺管也產生垂直場，形成環向高電壓，激發等離子體，同時加熱等離子體，也起到控制等離子體的作用。

為了維持強大的約束磁場，電流的強度非常大，時間長了，線圈就要發熱。為了解決這個問題，人們把最新的超導技術引入到托卡馬克裝置中，截至2013年，法國、日本、俄羅斯和中國共有4個超導的托卡馬克裝置在運行，它們都只有縱向場線圈採用超導技術，屬於部分超導。其中法國的超導托卡馬克Tore-Supra體積較大，它是世界上第一個真正實現高參數准穩態運行的裝置，在放電時間長達120秒的條件下，等離子體溫度為2000萬攝氏度，中心粒子密度每立方米1.5×1019個。

1985年，美國總統雷根和蘇聯總統戈巴契夫，在一次首腦會議上倡議開展一個核聚變研究的國際合作計畫，要求“在核聚變能方面進行最廣泛的、切實可行的國際合作”。戈巴契夫、雷根和法國總統密特朗後來又進行了幾次高層會晤，支援在國際原子能機構主持下，進行國際熱核實驗反應堆，即ITER的概念設計和輔助研究開發方面的合作。

1987年春，國際原子能機構總幹事邀請歐共體、日本、美國和加拿大、蘇聯的代表在維也納開會，討論加強核聚變研究的國際合作問題，並達成協議，四方合作設計建造國際熱核實驗堆，並由此誕生了第一個國際熱核實驗堆的概念設計計畫。計畫將於2010年建成一個實驗堆，預期產生熱功率1500兆瓦、等離子體電流2400萬安培，燃燒時間可達16分鐘。

隨後，由於蘇聯的解體，計畫受到很大影響，1999年美國的退出使ITER計畫雪上加霜。日本和歐共體國家於是成為支持國際磁約束聚變研究計畫的主體力量。經過多年的努力，ITER工程設計修改方案也終於在2001年6月圓滿完成。根據計畫，首座熱核反應堆將於2006年開工，總造價為約40億歐元。聚變功率至少達到500兆瓦。等離子體的最大半徑6米，最小半徑2米，等離子體電流1500萬安培，約束時間至少維持400秒。未來發展計畫包括一座原型聚變堆在2025年前投入運行，一座示範聚變堆在2040年前投入運行。

2003年2月18日，美國宣佈重新加入這一大型國際計畫，中國也於前一個月正式加入該項計畫的前期談判。19日，國際熱核實驗反應堆計畫參與各方在俄羅斯聖彼德堡決定，將於2013年前在日本、西班牙、法國和加拿大四國中的一個國家中建成世界上第一座熱核反應堆。

2003年12月20日在華盛頓召開的一次非常熱鬧的會議上出現了兩軍對壘的形勢：歐盟、中國和俄羅斯主張把反應堆建在法國的卡達拉齊，而美國、南朝鮮和日本則主張建在日本的六所村。因為沒有選擇加拿大作為反應堆候選國，加拿大政府隨後宣佈，由於缺乏資金退出該項目。

ITER的相關會議確定，反應堆所在國出資48%，其他國家各出資10%。目前各項細節談判正在緊鑼密鼓地進行之中，反應堆建在哪里還沒有最終確定。

儘管ITER計畫採用了最先進的設計，綜合了以往的經驗和成果，比如採用全超導技術，但它的確還面臨重重挑戰。即使它能如期在2013年如期建成，這個10層樓高的龐大機器能否達到預期目標也還是個未知數。諸如探索新的加熱方式與機制為實現聚變點火，改善等離子體的約束性能，反常輸運與漲落現象研究等前沿課題，偏濾器的排灰、大破裂的防禦、密度極限、長脈衝H-模的維持、中心區雜質積累等工程技術難關還有待于各國科技工作者群力攻關。即使對ITER的科學研究真的成功了，聚變發電站至少還要30～50年以後才能實現。

從20世紀70年代到2013年的50年中，全世界共建造了上百個托卡馬克裝置，在改善磁場約束和等離子體加熱上下足了功夫。在20世紀70年代，人們對約束磁場研究有了重大進展，通過改變約束磁場的分佈和位形，解決了等離子體粒子的側向漂移問題。世界範圍內掀起了托卡馬克的研究熱潮。美國、歐洲、日本、蘇聯建造了四個大型托卡馬克，即美國1982年在普林斯頓大學建成的托卡馬克聚變實驗反應堆（TFTR），歐洲1983年6月在英國建成更大裝置的歐洲聯合環（JET），日本1985年建成的JT-60，蘇聯1982年建成超導磁體的T-15，它們後來在磁約束聚變研究中做出了決定性的貢獻。特別是歐洲的JET已經實現了氘、氚的聚變反應。

1991年11月，JET將含有14%的氚和86%的氘混合燃料加熱到了攝氏3億度，聚變能量約束時間達2秒。反應持續1分鐘，產生了1018個聚變反應中子，聚變反應輸出功率約1.8兆瓦。1997年9月22日創造了核聚變輸出功率12.9兆瓦的新記錄。這一輸出功率已達到當時輸入功率的60%。不久輸出功率又提高到16.1兆瓦。在托卡馬克上最高輸出與輸入功率比已達1.25。

2014年2月，擁有的世界最大雷射器的美國勞倫斯·利弗莫爾實驗室所謂的“人造太陽”項目取得重大進展，人造太陽已經可以成功產生熱量，產生的這種熱量是類似恒星內核的熱與力，可以說為人造太陽問世取得突破性進展。美國國家點火裝置的科學家現已通過實驗證明，核聚變反應釋出的能量比燃料(用於引發核聚變反應)吸收的能量多。這項發現標誌著核聚變能源將步入新時代，研究的下一個目標將會是實現“總增益”，即系統產生的能量必須超過進入系統的能量。

在太陽的中心，溫度高達1500萬攝氏度，氣壓達到3000多億個大氣壓，在這樣的高溫高壓條件下，氫原子核聚變成氦原子核，並放出大量能量。幾十億年來，太陽猶如一個巨大的核聚變反應裝置，無休止地向外輻射著能量。

核聚變能是兩個較輕的原子核結合成一個較重的原子核時釋放的能量，產生聚變的主要燃料之一是氫的同位素氘。氘廣泛的分佈在水中，每一升水中約含有30毫克氘，通過聚變反應產生的能量相當於300升汽油的熱能。採集氘並使之與相關物質聚變產生能量，就是人造太陽的原理。 

EAST是先進超導托卡馬克實驗裝置（Experimental Advanced superconducting tokmak）的英文縮寫。ITER裝置是一個能產生大規模核聚變反應的“超導托卡馬克”。作為聚變能實驗堆，ITER計畫把上億攝氏度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達837立方米的磁場中，產生50萬千瓦的聚變功率，持續時間達500秒。

EAST於2000年10月正式開工建設，國家投資1.65億元。它是世界上第一個具有非圓截面的全超導托卡馬克，該專案的科學目標旨在探索近堆芯條件下等離子體穩態運行模式，從而為未來穩態運行的先進托卡馬克核聚變反應堆提供重要的工程技術和物理基礎。中科院合肥研究院等離子體所的科研人員經過8年艱苦努力，于2006年初成功進行了裝置的工程聯調，自2006年9月起開始轉入物理實驗階段，2013年已成功開展了兩輪物理實驗，在全超導磁體穩定運行條件下，獲得了最大電流500千安、9秒重複放電、大拉長比偏濾器等離子體等多項實驗成果。

該專案工程在建設過程中自主發展了65項關鍵技術和新技術，形成了一系列技術生長點，創造了多個國內乃至國際第一。如鎧裝電纜超導導體（CICC）是EAST全超導托卡馬克的最重要的核心部件，為了滿足工程需要，等離子體所自主生產了EAST所需的總長度達35公里的大電流CICC導體，這不但使中國的CICC製造技術處在世界先進行列，產量達世界第一，同時創造性地發展了無焊瘤管—管對接焊技術、薄壁焊縫超聲波檢測技術等一整套大型超導磁體製造工藝，全面提升了中國大型超導磁體設計、製造和綜合實驗測試能力。相關的設計理念和工藝技術創新還包括大型超導磁體的設計和製造、大規模超低溫製冷技術、任意可控的急劇變化大電流設備技術等，這些都屬國內首創並達到國際先進水準。

EAST的成功建設得到國際聚變研究專家的高度評價。由29位國際聚變界權威人士組成的國際顧問委員會在評價意見中指出，“EAST是全世界聚變工程的非凡業績，是全世界聚變能開發的傑出成就和重要里程碑”，“EAST是目前世界上唯一投入運行並擁有類似于即將建設的國際熱核聚變實驗堆（ITER）而採用全超導磁體的托卡馬克裝置。EAST的成功建設和運行為中國平等參加ITER這一重大國際合作奠定了基礎”。

2015年2月10日，中國新一代“人造太陽”實驗裝置(EAST)輔助加熱系統工程通過國家發展改革委組織的國家重大科技基礎設施驗收。這標誌著EAST裝置完成了重大升級改造，其科研水準已達國際磁約束聚變裝置的最前沿，成為未來五年世界上最有能力實現400秒長脈衝高性能放電的聚變裝置之一。

EAST輔助加熱專案組經過長期的艱苦努力，在自主研發過程中，突破了一系列關鍵技術難題，設計、研製了關鍵部件，建成的輔助加熱系統其輸出功率、運行脈衝長度等參數均達到或超過設計指標，擁有完全獨立知識產權，其中“低雜波系統性能達到國際領先水準，中性束系統達到國際先進水準。

在此基礎上，EAST將具有運行在1兆安電流、中心電子離子溫度之和達到1億攝氏度的高參數等離子體的能力，從而可以在EAST上開展與先進聚變反應堆密切相關的最前沿性的探索研究。同時能為國際熱核聚變實驗堆(ITER)安全運行和穩態實驗提供強有力的支援，從而使我國在穩態高性能等離子體物理的科學研究計畫中處於世界前沿地位。

具有一定國際影響力的磁約束受控核聚變主要研究設施（現役/在建）有EAST、HL-2A、HL-2M等。其中，在“中國環流器二號A”（HL-2A）裝置上首次成功實現偏濾器位形托卡馬克運行和高約束模（H -模）放電。這一重大科研成果，使中國在繼歐盟、美國和日本之後，站上了核聚變研究的先進平臺。

作為中國磁約束聚變實驗研究史上具有里程碑意義的重大進展，這個成果同時標誌著中國的磁約束聚變科學和等離子體物理實驗研究進入了一個接近國際前沿的嶄新階段。在2016年的實驗中，HL-2A首次利用無源間隔波導陣列（PAM）天線在H模條件下實現了低雜波耦合，為ITER低雜波電流驅動天線設計提供了重要資料。

2016年11月4日，中科院合肥物質科學研究院等離子體所承擔的國家大科學工程“人造太陽”實驗裝置EAST近日在第11輪物理實驗中再獲重大突破，獲得超過60秒的穩態高約束模等離子體放電。EAST因此成為世界首個實現穩態高約束模運行持續時間達到分鐘量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。在純射頻波加熱、鎢偏濾器等條件下，實現穩態高約束模等離子體放電，是ITER的基本運行模式之一。

國際磁約束聚變資深專家、日本那珂核融合研究所先進等離子體物理研究部主任鐮田裕認為其對未來國際熱核實驗反應堆（ITER）計畫具重要意義。

2017年年7月3日，“東方超環”EAST實現了穩定的101.2秒穩態長脈衝高約束等離子體運行，成為世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。EAST在近兩年不斷提升裝置能力，在發現先進穩態運行模式中起到重要作用。EAST實驗取得新進展，實現了全非感應穩態H模運行的新紀錄（約50秒）、全非感應穩態運行芯部約束提高、高電子溫度的長脈衝運行大於100秒。

                

1952年，當第一顆氫彈爆炸之後，人類製造核聚變反應成為現實，但那只是不可控制的瞬間爆炸。從那個時候開始，科學家們一直在尋找途徑，把氫彈爆炸在某個試驗裝置上面加以控制地讓它發生，然後源源不斷地取出它的核聚變能。50多年的時間過去了，這個夢想一直沒能實現。

根據科學家的分析，如果我們未來能建成一座1000兆瓦的核聚變電站，每年只需要從海水中提取304公斤的氘就可以產生1000兆瓦的電量，照此計算，地球上僅在海水中就含有的45萬億噸氘，足夠人類使用上百億年，比太陽的壽命還要長。實現可控制的核聚變反應，打造一個“人造太陽”，已成為當今世界擋不住的一大誘惑。因為，這可以一勞永逸地解決人類存在的能源短缺問題，豈不幸哉！

人口爆炸性地增長，能源、資源危機步步逼近。這項前無古人的ITER計畫，或許也是一個別無選擇的計畫，將為人類的生存和發展創造又一個“太陽”。雖然這個“太陽”離我們還有一段距離，有人估計需要50―100年，不過可以相信，“人造太陽”普照人間的這一天終將來臨。

 
          追逐“人造太陽”：中國核聚變研究從跟跑、並跑到領跑 

四季更替，潮起潮落，鬥轉星移，地球上生命賴以生存的能量來源，是距離“她”1.5億公里外，那顆紅彤彤的聚變體。

沒錯，太陽是一個超級巨大的聚變體，其內部的核聚變反應，每秒就有七億噸氫轉化成氦，這個這過程中，大約有五百萬噸的淨能量釋放，大概相當於3.86X1026焦耳，慢慢數吧~~

巨大的能量幾十億年來不停釋放，為地球提供了源源不斷的光和熱。所以，才有了歌兒裏唱的：萬物生長靠太陽！

核聚變能具有資源豐富、固有安全性高、環境可接受性好等特點，是人類夢寐以求的能源形式。

上世紀80年代，我國制定了“熱堆-快堆-聚變堆”“三步走”的核能發展戰略，隨後通過參加國際熱核聚變實驗堆（ITER），進一步推動我國聚變能源研究進入國際陣營。

經過幾十年發展，我國的核聚變研究實力如何了？

中國核學會核聚變和等離子體分會理事長、核工業西南物理研究院（以下簡稱“西物院”）院長劉永日前在“中國核學會2017年學術年會”上透露，我國在聚變工程和科學方面的研究，已經由過去的跟跑、並跑發展到現在某些領域的領跑。而且，我國承擔的ITER計畫採購包任務進展顯著。

站上核聚變研究先進平臺

2006年11月21日，中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國七方簽署了ITER計畫的聯合實施協定及相關檔，擬共同建造一個超導托卡馬克型聚變實驗堆，探索和平利用聚變能發電的科學和工程技術可行性。據瞭解，ITER將成為世界第一個電站級別的聚變實驗堆，是最終實現磁約束聚變能商業化必不可少的一步，這也是中國首次以平等夥伴身份參與的最大國際合作項目。

據瞭解，目前國內從事磁約束受控核聚變研究的單位包括西物院、中科院等離子體物理研究所、中國工程物理研究院等科研院所及一些高校。其中，西物院和中科院等離子體物理研究所是中方參與ITER計畫的主要承擔單位；貴州航太新力、西部超導、寧夏東方、合肥科燁等企業參與了ITER計畫相關部件、材料、工藝的研發和加工。

“核聚變研究是人類歷史上最具挑戰性的課題之一，其基本原理就是將原子核聚變反應釋放能量的過程慢化，並和平利用該能量。”劉永說，“這項工程面臨極大的技術挑戰，我們研究了50年之久，主要因為它的實現條件很苛刻，需要1億度以上的高溫、長時間約束在有限的空間中，並需要足夠高的密度。幾十年來，我們主要就是解決如何將上億度的高溫等離子體長時間約束起來，讓其能充分反應，解決聚變自持燃燒的問題。”

儘管過程艱難，我國在聚變裝置研發及實驗方面仍取得了顯著進展。

目前，具有一定國際影響力的磁約束受控核聚變主要研究設施（現役/在建）有EAST、HL-2A、HL-2M等。其中，在“中國環流器二號A”（HL-2A）裝置上首次成功實現偏濾器位形托卡馬克運行和高約束模（H -模）放電。這一重大科研成果，使我國在繼歐盟、美國和日本之後，站上了核聚變研究的先進平臺。

作為中國磁約束聚變實驗研究史上具有里程碑意義的重大進展，這個成果同時標誌著中國的磁約束聚變科學和等離子體物理實驗研究進入了一個接近國際前沿的嶄新階段。在2016年的實驗中，HL-2A首次利用無源間隔波導陣列（PAM）天線在H模條件下實現了低雜波耦合，為ITER低雜波電流驅動天線設計提供了重要資料。

此外，今年7月3日，“東方超環”EAST實現了穩定的 101.2 秒穩態長脈衝高約束等離子體運行，成為世界上第一個實現穩態高約束模式運行持續時間達到百秒量級的托卡馬克核聚變實驗裝置。EAST在近兩年不斷提升裝置能力，在發現先進穩態運行模式中起到重要作用。目前，EAST實驗取得新進展，實現了全非感應穩態H模運行的新紀錄（約50秒）、全非感應穩態運行芯部約束提高、高電子溫度的長脈衝運行大於100秒。



出色完成ITER採購包任務

“中國能夠參加ITER，是因為過去50年我們打下了很好的基礎，這幾年的進展更是突飛猛進。”劉永說。

據瞭解，在科技部ITER中心的領導和組織協調下，西物院及中科院等離子體物理研究所充分發揮在聚變裝置乃至聚變堆及其部件研製方面的研究優勢，憑藉ITER組織的充分認同和良好溝通，聯合國內相關優勢企業展開了技術攻關，我國承擔的ITER採購包任務進展順利，取得了一系列技術突破，成果豐碩。

比如，國內能不能提供ITER所用的超導材料？

答案是肯定的。“通過這個項目，我們在超導材料方面完全走到了國際前列。此外，校正場線圈等材料也是由中國全部承擔。”劉永說。

再如，在眾多採購包中，西物院承擔的“第一壁”通過了多輪模組製作及高熱負荷試驗考驗，鐳射焊接工藝等關鍵工藝通過了IO（ITER國際組織）認證；ITER中子遮罩模組採購包（SB）目前已進入國內供應商加工製造階段，西物院負責包層遮罩模組技術；西物院還承擔全部ITER磁體支撐任務，基於ITER GS支撐結構進行優化設計和分析而提出的新設計方案，得到了ITER認可。

“ITER計畫的實施帶動了國內相關學科和產業的發展，其科學與工程目標是完全有望達到的。”劉永評價。

按照ITER計畫進度安排，2025年要產生初始等離子體，2035年實現氘氚放電。“目前，我們努力的方向是，使聚變堆的過程能夠再快一點。”劉永說，中國的聚變能發展路線圖已初見端倪，我國將為爭取早日建成聚變堆、率先實現核聚變能不懈努力。2035-2040年，我國將建造中國聚變工程試驗堆CFETR，並啟動聚變示範堆DAMO的設計，為本世紀中葉在我國獨立自主大規模建設聚變電站奠定堅實的科學技術基礎。

劉永表示，聚變堆目前仍面臨關鍵技術挑戰。“聚變堆將在高品質和高參數（高的等離子體溫度、密度）條件下運行，產生持續穩定的氘氚聚變反應和聚變能量輸出，這一直是聚變研究的核心內容之一。在採用怎樣的運行模式和運行參數、如何維持穩定的燃燒等離子體、實現與週邊的工程部件相互相容、確保裝置安全等方面，一些關鍵物理和技術挑戰仍有待進一步研究。” 

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