可控核聚變與國際熱核實驗堆計劃

可控核聚變與國際熱核實驗堆計劃一、本文概述在科技飛速發(fā)展的今天，能源問題已成為全球共同面臨的挑戰(zhàn)。作為清潔、高效、可持續(xù)的能源形式，核能一直備受關(guān)注?？煽睾司圩冏鳛橐环N理想的能源解決方案，其研究和發(fā)展對于人類社會的未來發(fā)展具有深遠的意義。本文將對可控核聚變及其在國際熱核實驗堆計劃（ITER）中的應用進行詳細的闡述和分析，旨在增進對這一領(lǐng)域的了解，并為相關(guān)研究和實踐提供有益的參考。本文首先將對可控核聚變的基本原理和技術(shù)難點進行概述，以便讀者對該領(lǐng)域有一個基本的認識。隨后，我們將詳細介紹國際熱核實驗堆計劃（ITER）的背景、目標以及其在可控核聚變研究中的重要地位。ITER作為一個多國合作的大型科研項目，對于推動可控核聚變技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。在文章的后半部分，我們將對ITER計劃的進展、挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展前景進行展望。我們還將探討可控核聚變在國際合作中的地位和作用，以及它對于全球能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和可持續(xù)發(fā)展的影響。通過本文的闡述，我們希望能夠激發(fā)更多人對可控核聚變和ITER計劃的關(guān)注和參與，共同推動這一領(lǐng)域的發(fā)展，為人類的未來創(chuàng)造更加美好的能源前景。二、可控核聚變原理與技術(shù)可控核聚變，作為未來能源的希望之星，其原理與技術(shù)研究一直是全球科學家的熱點議題。其原理主要基于太陽的能量來源——氫原子核（質(zhì)子）在極高溫度和壓力下融合成氦原子核，并釋放巨大能量的過程。在地球上實現(xiàn)這一過程，不僅能解決能源危機，還能大幅度減少溫室氣體的排放，對于應對全球氣候變化具有重大意義?？煽睾司圩兊幕具^程是將兩個輕原子核（如氘和氚）在特定條件下融合成一個較重的原子核，并在這個過程中釋放大量能量。這種能量釋放的方式與核裂變不同，它不需要重元素作為燃料，且產(chǎn)生的放射性廢料相對較少，衰變期也較短。因此，從環(huán)保和能源可持續(xù)性的角度看，可控核聚變具有無可比擬的優(yōu)勢。要實現(xiàn)可控核聚變，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題包括如何維持足夠高的溫度和壓力，以及如何讓核聚變反應在可控的條件下進行。目前，磁約束和慣性約束是兩種主要的核聚變技術(shù)路線。磁約束聚變：主要利用強大的磁場來約束高溫等離子體，使其達到聚變所需的條件。ITER（國際熱核實驗堆計劃）就是采用這種技術(shù)路線，其目標是驗證聚變堆的工程可行性，并為未來商業(yè)聚變堆的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。慣性約束聚變：通過激光或粒子束等方式，將燃料丸迅速加熱并壓縮至極高密度和溫度，引發(fā)核聚變反應。這種方法的優(yōu)勢在于反應時間短，對約束條件的要求相對較低，但其技術(shù)挑戰(zhàn)也在于如何實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的能量輸入。盡管可控核聚變技術(shù)仍處于研究和開發(fā)階段，但隨著科學技術(shù)的不斷進步，我們有理由相信，在不遠的將來，這種清潔、高效的能源方式將成為人類社會的重要能源來源，為解決全球能源危機和應對氣候變化作出重要貢獻。三、國際熱核實驗堆計劃（ITER）國際熱核實驗堆（ITER）計劃是當今世界最大的國際科技合作項目之一，也是全球核聚變研究的重要里程碑。ITER的目標在于實現(xiàn)可控熱核聚變反應的長時間持續(xù)運行，以驗證聚變能作為一種可持續(xù)、清潔和安全的能源形式的潛力。ITER計劃自2006年啟動以來，已經(jīng)吸引了全球多個國家和地區(qū)的積極參與。作為一個國際合作項目，ITER不僅集合了全球頂尖的科研力量，更展示了人類在面對共同挑戰(zhàn)時的團結(jié)與協(xié)作精神。ITER裝置的建造和運行，將為人類提供寶貴的實驗數(shù)據(jù)，推動聚變能技術(shù)的進一步發(fā)展。ITER裝置的核心是一個超導托卡馬克裝置，其設(shè)計目標是實現(xiàn)500兆瓦的熱功率輸出，持續(xù)時間達到3600秒。這一目標的實現(xiàn)將意味著人類已經(jīng)掌握了長時間、大規(guī)模、可控的熱核聚變反應技術(shù)，為未來的聚變能商業(yè)應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。ITER計劃的成功實施，不僅將推動聚變能技術(shù)的發(fā)展，還將對全球能源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠的影響。聚變能作為一種幾乎無污染的能源形式，有望在未來替代傳統(tǒng)的化石能源，為全球能源安全和環(huán)境保護做出重要貢獻。在ITER計劃的推動下，全球聚變能研究正迎來前所未有的發(fā)展機遇。我們期待著在不遠的將來，聚變能能夠成為人類社會的重要能源形式，為人類的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。四、ITER與全球能源未來隨著人類對能源需求的日益增長，傳統(tǒng)的化石燃料已經(jīng)無法滿足可持續(xù)發(fā)展的需求。而ITER作為全球最大的熱核聚變實驗堆計劃，其成功的商業(yè)化運營將有可能為人類提供一種幾乎無限的清潔能源——聚變能。因此，ITER不僅是一個科技項目，更是關(guān)乎全球能源未來的重要戰(zhàn)略。ITER的成功將極大地推動聚變能技術(shù)的發(fā)展，有望使聚變能成為一種可行的商業(yè)能源。聚變能具有資源豐富、清潔無污染、高效能等優(yōu)點，一旦實現(xiàn)商業(yè)化，將有可能徹底改變?nèi)虻哪茉锤窬?，推動人類社會向更加環(huán)保、高效、可持續(xù)的方向發(fā)展。ITER的實施也將促進全球能源科技的合作與交流。作為一個涉及全球多個國家和地區(qū)的大型科研項目，ITER的的實施需要各國科研人員共同合作，分享技術(shù)和經(jīng)驗。這種合作模式將促進全球能源科技的交流與發(fā)展，推動全球能源科技的共同進步。ITER的成功也將為全球能源安全提供新的保障。傳統(tǒng)的化石燃料存在資源枯竭、價格波動大、環(huán)境污染等問題，而聚變能作為一種幾乎無限的清潔能源，將為全球能源安全提供新的保障。聚變能的發(fā)展也將推動全球能源結(jié)構(gòu)的多元化，降低對單一能源的依賴，提高全球能源的穩(wěn)定性。ITER與全球能源未來息息相關(guān)。隨著ITER的的深入實施和聚變能技術(shù)的不斷發(fā)展，我們有理由相信，聚變能將成為未來全球能源的重要支柱，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展提供新的動力。五、結(jié)論在本文中，我們深入探討了可控核聚變技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及國際熱核實驗堆（ITER）計劃的重要性?？煽睾司圩冏鳛橐环N清潔、高效的能源形式，其潛力和價值在全球范圍內(nèi)得到了廣泛的認可。ITER計劃作為目前全球最大規(guī)模的聚變研究項目，不僅推動了聚變技術(shù)的發(fā)展，也為全球能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型提供了新的可能。從ITER計劃的實施情況來看，盡管面臨技術(shù)挑戰(zhàn)和資金壓力，但其在推動聚變研究、培養(yǎng)聚變?nèi)瞬?、促進國際合作等方面所取得的成果是顯著的。這一計劃的成功實施，將有可能為人類帶來一種全新的能源解決方案，從而有效應對全球能源危機和環(huán)境問題。然而，我們也必須清醒地認識到，可控核聚變技術(shù)的商業(yè)化應用仍然面臨諸多挑戰(zhàn)，如技術(shù)成熟度、經(jīng)濟效益、安全性等問題。因此，未來的研究和發(fā)展需要繼續(xù)加大投入，提高技術(shù)研發(fā)水平，加強國際合作，共同推動聚變能源的發(fā)展?？煽睾司圩兗夹g(shù)和ITER計劃對于全球能源未來具有重要意義。雖然目前仍存在許多挑戰(zhàn)和困難，但只要我們堅持不懈地努力，相信在不遠的將來，我們一定能夠?qū)崿F(xiàn)聚變能源的商業(yè)化應用，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展作出重要貢獻。參考資料：可控核聚變（Controllednuclearfusion）是可控的，能夠持續(xù)進行的核聚變反應。在地球上建造的像太陽那樣進行可控核反應的裝置，稱為“人造太陽”?？煽睾司圩兊哪繕耸菍崿F(xiàn)安全、持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出，其潛在優(yōu)勢使其成為最理想的終極能源形式之一。與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來源豐富，產(chǎn)生的放射性廢物少，且具有更高的安全性。2023年，我國在該領(lǐng)域取得了顯著進展：全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）已經(jīng)在多個實驗中取得了重要成果；核聚變大科學裝置“中國環(huán)流三號”面向全球開放，邀請世界各國科學家來中國集智攻關(guān)。目前可控核聚變的商業(yè)化應用仍然面臨許多技術(shù)上和工程上的挑戰(zhàn)，而一旦實現(xiàn)突破，它將為人類提供用之不竭的清潔能源。2023年12月，可控核聚變?nèi)脒x“2023年度十大科技名詞”。1939年，美國物理學家貝特通過實驗證實，把一個氘原子核用加速器加速后和一個氚原子核以極高的速度碰撞，兩個原子核發(fā)生了融合，形成一個新的原子核——氦外加一個自由中子，在這個過程中釋放出了6兆電子伏的能量。這就是太陽持續(xù)45億年發(fā)光發(fā)熱的原理。早在1933年，核聚變的原理就被提出，而5年后，改變世界格局的核裂變才被發(fā)現(xiàn)。核聚變反應堆的原理很簡單，很好理解，只不過實現(xiàn)起來對于當時的人類技術(shù)水準，幾乎是不可能的。第一步，作為反應體的混合氣必須被加熱到等離子態(tài)——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛，原子核能自由運動，這時才可能使得原子核發(fā)生直接接觸，這個時候，需要大約10萬攝氏度的溫度。第二步，為了克服庫侖力，也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力，原子核需要以極快的速度運行，得到這個速度，最簡單的方法就是——繼續(xù)加溫，使得布朗運動達到一個瘋狂的水平，要使原子核達到這種運行狀態(tài)，需要上億攝氏度的溫度。然后就簡單了，氚的原子核和氘的原子核以極大的速度，赤裸裸地發(fā)生碰撞，產(chǎn)生了新的氦核和新的中子，釋放出巨大的能量。經(jīng)過一段時間，反應體已經(jīng)不需要外來能源的加熱，核聚變的溫度足夠使得原子核繼續(xù)發(fā)生聚變。這個過程只要氦原子核和中子被及時排除，新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體，核聚變就能持續(xù)下去，產(chǎn)生的能量一小部分留在反應體內(nèi)，維持鏈式反應，大部分可以輸出，作為能源來使用?？雌饋砗芎唵问前?，只有一個問題，你把這個高達上億攝氏度的反應體放在哪里呢？迄今為止，人類還沒有造出任何能經(jīng)受1萬攝氏度的化學結(jié)構(gòu)，更不要說上億攝氏度了。這就是為什么一槌子買賣的氫彈已經(jīng)制造了50年后，人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的唯一原因。好了，人類是很聰明的，不能用化學結(jié)構(gòu)的方法解決問題，就用物理的試驗一下。早在50年前，兩種約束高溫反應體的理論就產(chǎn)生了，一種是慣性約束。這一方法把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)，然后從外面均勻射入激光束或粒子束，球面內(nèi)層因而向內(nèi)擠壓。球內(nèi)氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當溫度達到需要的點火溫度時，球內(nèi)氣體發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發(fā)生三四次，并持續(xù)不斷地進行下去，釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著名科學家王淦昌。2007年10月24日北京時間21∶15，國際熱核聚變實驗堆（ITER）組織在法國卡達拉舍（Cadarache）正式成立，這標志著目前全球規(guī)模最大的國際科技合作協(xié)議正式啟動。當國際組織總干事池田要先生和第一副總干事郝特康普博士揭下“ITER國際組織”牌匾上的綢布時，會場響起熱烈的掌聲。同一時刻，美國、俄羅斯、歐盟、中國、日本、韓國、印度各方的高層代表通過視頻在各自國家參與了ITER國際組織舉行的成立儀式。中國分會場設(shè)在合肥中國科學院等離子體所主控室，科技部基礎(chǔ)司彭以祺副巡視員、ITER辦公室羅德隆同志等與國內(nèi)有關(guān)專家一起見證了這一重要歷史時刻，大家紛紛舉杯同賀。在此之前，ITER組織還舉行了ITER技術(shù)負責人第15次會議。2006年11月21日，我國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同簽署了《聯(lián)合實施國際熱核聚變實驗堆計劃建立國際聚變能組織的協(xié)定》和《聯(lián)合實施國際熱核聚變實驗堆計劃國際聚變能組織特權(quán)和豁免協(xié)定》。2007年8月31日，十屆全國人大第29次常委會審議通過了上述兩個協(xié)定。ITER計劃是目前全球規(guī)模最大、經(jīng)費投入最多、影響最深遠的重大國際科學工程之一，它吸引了世界主要國家的頂尖科學家。ITER計劃的實施結(jié)果將影響人類能否大規(guī)模地使用聚變能，從而從根本上解決能源問題的進程。參與ITER計劃不僅使我國在核聚變能研究方面進入世界最前沿，為我國自主地開展核聚變示范電站開發(fā)清潔高效的能源的研發(fā)奠定基礎(chǔ)，也將推動我國核聚變科技整體水平的發(fā)展。2012年7月10日，中國可控核聚變實驗裝置獲重大突破，遙遙領(lǐng)先世界。中科院等離子體物理研究所，東方超環(huán)（EAST）超導托卡馬克2012年物理實驗順利結(jié)束。在長達四個多月的實驗期間，科學家們利用低雜波和離子回旋射頻波，實現(xiàn)多種模式的高約束等離子體、長脈沖高約束放電，自主創(chuàng)新能力得到較大提高、獲得多項重大成果，創(chuàng)造了兩項托卡馬克運行的世界記錄：獲得超過400秒的兩千萬度高參數(shù)偏濾器等離子體；獲得穩(wěn)定重復超過30秒的高約束等離子體放電。這分別是國際上最長時間的高溫偏濾器等離子體放電、最長時間的高約束等離子體放電，標志著我國在穩(wěn)態(tài)高約束等離子體研究方面走在國際前列。（來源：鳳凰網(wǎng)：2012年7月12日新聞：中國可控核聚變實驗裝置獲重大突破遙遙領(lǐng)先世界）2022年12月13日，美國能源部宣布：12月5日，其下屬的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室科研人員在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室“國家點燃實驗設(shè)施”進行了歷史上首次可控核聚變實驗，意味著核聚變實驗中產(chǎn)生的能量多于用于驅(qū)動核聚變的激光能量。這一實驗將為推動清潔能源發(fā)展提供寶貴見解，有助于實現(xiàn)零碳經(jīng)濟目標。此次核聚變實驗中，“國家點燃實驗設(shè)施”向目標輸入了05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了15兆焦耳的聚變能量輸出，首次展示了慣性約束核聚變的最基本科學原理。2023年，日本國家聚變科學研究所和美國TAE技術(shù)公司攜手，首次在磁約束聚變等離子體中實現(xiàn)了氫—硼聚變實驗。2023年8月25日下午，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”取得重大科研進展，首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運行紀錄，突破了等離子體大電流高約束模式運行控制、高功率加熱系統(tǒng)注入耦合、先進偏濾器位形控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，標志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運行邁出重要一步。人類沒有被一個ITER限定死，很多可控核聚變領(lǐng)域的研究也層出不窮。前幾年出現(xiàn)了冷核聚變的說法，就是將氘代丙酮以一定的頻率進行震動，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的微小氣泡里面產(chǎn)生了核聚變，還有一部以此為背景的電影《圣徒》，但是目前看來，由于被認為不可重現(xiàn)，缺乏理論依據(jù)，基本可以認定是偽科學了。另外托克馬克也不都是環(huán)形的，長徑比到一定程度，就出現(xiàn)了球形的裝置，造價低，有效截面大，很可能是未來的發(fā)展方向。地球上的能量，無論是以礦石燃料，風力，水力還是動植物的形式儲存起來的，最終的來源都是太陽：礦石燃料是由千百萬年前的動植物演變而來的，而動植物（無論是今天的還是以前的）的能量最終是要來源于食物鏈底端的植物的光合作用所儲存的太陽能；風的起因是由于太陽對大氣的加熱造成的冷熱不均；水力的勢能一樣要靠太陽的加熱使處于低平位置的水體蒸發(fā)，上升，再以降水形式被“搬運”到較高位置，從而形成勢能。因此，無論人類利用這其中哪一種能源，歸根結(jié)底都是在利用太陽能，而太陽的能量則是來源于核聚變，因此，人類如果掌握了有序地釋放核聚變的能量的辦法，就等于掌握了太陽的能量來源，就等于掌握了無窮無盡的礦石燃料，風力和水力能源，一些人鼓吹的現(xiàn)代工業(yè)將因為沒有能量來源而走向滅亡的觀點也就破產(chǎn)了。因此，可控核聚變反應堆當之無愧地被稱作“人造太陽”。我國在可控核聚變技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，即將開始運行的EAST反應堆是世界上第一個達到實用工程標準的反應堆，如果能夠成功運行，那么，可控核聚變的商業(yè)發(fā)電的時日就不遠了?？煽睾司圩?，一定條件下，控制核聚變的速度和規(guī)模，以實現(xiàn)安全、持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出的核聚變反應。有激光約束核聚變、磁約束核聚變等形式。具有原料充足、經(jīng)濟性能優(yōu)異、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢。因技術(shù)難度極高，尚處于實驗階段。核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，并釋放出能量的過程。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經(jīng)持續(xù)了50億年?？煽睾司圩兯追Q人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。（核聚變反應主要借助氫同位素。核聚變不會產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，當然也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境）人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的?？茖W家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出。裂變能是重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量，已經(jīng)實現(xiàn)商用化。因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規(guī)裂變反應堆會產(chǎn)生長壽命放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發(fā)展。另一種核能形式是目前尚未實現(xiàn)商用化的聚變能。氘在地球的海水中藏量豐富，多達40萬億噸，如果全部用于聚變反應，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應產(chǎn)物是無放射性污染的氦。另外，由于核聚變需要極高溫度，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，燃料溫度下降，聚變反應就會自動中止。也就是說，聚變堆是次臨界堆，絕對不會發(fā)生類似前蘇聯(lián)切爾諾貝利核（核裂變）電站的事故，它是安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源?？煽睾司圩冎饕姆绞酱蟾庞?種：引力約束、慣性約束和磁約束，目前占據(jù)主流的托卡馬克裝置屬于磁約束，主要利用氫的同位素氘—氚作為聚變?nèi)剂?。為實現(xiàn)磁力約束，需要一個能產(chǎn)生足夠強的環(huán)形磁場的裝置，這種裝置就被稱作“托卡馬克裝置”——TOKAMAK，也就是俄語中是由“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”的字頭組成的縮寫。早在1954年，在原蘇聯(lián)庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個托卡馬克裝置。貌似很順利吧？其實不然，要想能夠投入實際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小于輸出的能量才行，稱作能量增益因子——Q值。當時的托卡馬克裝置是個很不穩(wěn)定的東西，搞了十幾年，也沒有得到能量輸出，直到1970年，蘇聯(lián)才在改進了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實際的能量輸出，不過要用當時最高級設(shè)備才能測出來，Q值大約是10億分之一。別小看這個十億分之一，這使得全世界看到了希望，于是全世界都在這種激勵下大干快上，紛紛建設(shè)起自己的大型托卡馬克裝置，歐洲建設(shè)了聯(lián)合環(huán)-JET,蘇聯(lián)建設(shè)了T20（后來縮水成了T15，線圈小了，但是上了超導），日本的JT-60和美國的TFTR（托卡馬克聚變實驗反應器的縮寫）。這些托卡馬克裝置一次次把能量增益因子（Q）值的紀錄刷新，1991年歐洲的聯(lián)合環(huán)實現(xiàn)了核聚變史上第一次氘－氚運行實驗，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚變反應持續(xù)了2秒鐘，獲得了17萬千瓦輸出功率，Q值達12。1993年，美國在TFTR上使用氘、氚1：1的燃料，兩次實驗釋放的聚變能分別為3萬千瓦和56萬千瓦，Q值達到了28。1997年9月，聯(lián)合歐洲環(huán)創(chuàng)29萬千瓦的世界紀錄，Q值達60，持續(xù)了2秒。僅過了39天，輸出功率又提高到61萬千瓦，Q值達到65。三個月以后，日本的JT－60上成功進行了氘－氘反應實驗，換算到氘－氚反應，Q值可以達到1。后來，Q值又超過了25。這是第一次Q值大于1，盡管氘-氘反應是不能實用的（這個后面再說），但是托卡馬克理論上可以真正產(chǎn)生能量了。在這個大環(huán)境下，中國也不例外，在70年代就建設(shè)了數(shù)個實驗托卡馬克裝置——環(huán)流一號（HL-1）和CT-6，后來又建設(shè)了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建了環(huán)流2號。有種說法，說中國的托卡馬克裝置研究是從俄羅斯贈送設(shè)備開始的，這是不對的，HT6/HL1的建設(shè)都早于俄羅斯贈送的HT-7系統(tǒng)。HT-7以前，中國的幾個設(shè)備都是普通的托卡馬克裝置，而俄羅斯贈送的HT-7則是中國第一個“超托卡馬克”裝置。什么是“超托卡馬克裝置”呢？回過頭來說，托卡馬克裝置的核心就是磁場，要產(chǎn)生磁場就要用線圈，就要通電，有線圈就有導線，有導線就有電阻。托卡馬克裝置越接近實用就要越強的磁場，就要給導線通過越大的電流，這個時候，導線里的電阻就出現(xiàn)了，電阻使得線圈的效率降低，同時限制通過大的電流，不能產(chǎn)生足夠的磁場。托卡馬克貌似走到了盡頭。幸好，超導技術(shù)的發(fā)展使得托卡馬克峰回路轉(zhuǎn)，只要把線圈做成超導體，理論上就可以解決大電流和損耗的問題，于是，使用超導線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超托卡馬克。目前為止，世界上有4個國家有各自的大型超托卡馬克裝置，法國的Tore－Supra，俄羅斯的T-15，日本的JT-60U，和中國的EAST。除了EAST以外，其他四個大概都只能叫“準超托卡馬克”，它們的水平線圈是超導的，垂直線圈則是常規(guī)的，因此還是會受到電阻的困擾。此外他們?nèi)齻€的線圈截面都是圓形的，而為了增加反應體的容積，EAST則第一次嘗試做成了非圓型截面。在建的還有德國的螺旋石-7，規(guī)模比EAST大，但是技術(shù)水平差不多。2005年正式確定的國際合作項目ITER，也就是國際熱核實驗反應堆的縮寫，這個項目從1985年開始，由蘇聯(lián)、美國、日本和歐共同提出，目的是建立第一個試驗用的聚變反應堆。（注意：ITER已經(jīng)不是托卡馬克裝置了，而是試驗反應堆，這是一大進步）最初方案是2010年建成一個實驗堆，實現(xiàn)1500兆瓦功率輸出，造價100億美元。沒想到因為各國想法不同，蘇聯(lián)解體，加上技術(shù)手段的限制，一直到了2000年也沒有結(jié)果，其間美國中途退出，ITER出現(xiàn)胎死腹中的危險。直到2003年，能源危機加劇，各國又重視起來，首先是中國宣布加入了ITER計劃，歐洲、日本和俄羅斯自然很高興，隨后美國宣布重返計劃。緊接著，韓國和印度也宣布加入。2005年ITER正式立項，地點在法國的卡達拉申，基本設(shè)計不變，力爭2015年前全面完成，造價120億美元，歐盟出40%，法、中、日、美各出10%，剩下的想讓別人平攤，韓國印度不干，力爭讓俄國也出10%，自己出5%（最終美、日、俄、中、韓、印各出約9%）。ITER湊巧是拉丁語“道路”，可見大家對這個東西抱有多大的希望。很有可能，她就是人類解決能源問題的“道路”。如果ITER能成功，下一步就是利用ITER的技術(shù)，設(shè)計和建造示范商用堆，到那時，離真正的商業(yè)核聚變發(fā)電就不遠了。但是ITER建設(shè)中，還有大量的技術(shù)問題需要解決，需要有一個原型可以參考，在此基礎(chǔ)上，各國的先進超托卡馬克裝置就成了設(shè)計ITER的藍本。ITER的研究遠非一個托卡馬克裝置，它還有很多難題需要攻克，地雷戰(zhàn)里說“各村有各村的高招”，日本的外圍設(shè)備研究就遠遠走在了其他國家前面，他們在托卡馬克點火領(lǐng)域就很先進，不用高壓變壓器，直接使用高頻電流制造核聚變點火的高溫等離子體電流，就已經(jīng)在日本試驗成功了，大功率激光點火也接近完善。EAST位于中國合肥，是目前為止，超托卡馬克反應體部分，唯一能給ITER提供實驗數(shù)據(jù)的裝置，他的結(jié)構(gòu)和應用的技術(shù)與規(guī)劃中的ITER完全一樣，沒有的僅僅是換能部分。EAST解決了幾個重要問題：第一次采用了非圓型垂直截面，目的是在不增加環(huán)形直徑的前提下增加反應體的體積，提高磁場效率。第一次全部采用了液氦無損耗的超導體系。液氦是很貴的，只有在線圈材料上下功夫，盡量少用液氦，同時讓液氦可以循環(huán)使用，盡量減少損耗的系統(tǒng)才可能投入實用。EAST還是世界上第一個具有主動冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克，它的第一壁是主動冷卻的，連接的是一個大型冷卻塔，它的冷卻水可以保證在長時間運行后將反應產(chǎn)生的熱量帶走，維持系統(tǒng)的溫度平衡，一方面是為真正實現(xiàn)穩(wěn)定的受控聚變邁出的重要一步，另一方面也是工程化的重要標志——冷卻塔換成汽輪機是可以發(fā)電的。結(jié)合一些相關(guān)資料，世界這個領(lǐng)域普遍認為EAST將是第一個能長時間穩(wěn)定運行的，Q值能達到1的托卡馬克裝置，當然這可能還要1-2年的時間。就EAST來說，從某種意義上，它就是ITER主反應體大約1/4的一個原型實驗裝置。利用核能的最終目標是要實現(xiàn)受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（讀"刀"，又叫重氫）和氚（讀"川"，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。核聚變較之核裂變有兩個重大優(yōu)點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據(jù)測算，每升海水中含有03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。第二個優(yōu)點是既干凈又安全。因為它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時受控核聚變反應可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進行，所以是安全的。實現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實現(xiàn)上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近·，但要達到工業(yè)應用還差得遠。按照現(xiàn)有的技術(shù)水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。另一種實現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（1皮等于1萬億分之一秒）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當于百萬千瓦級的發(fā)電站。原理上雖然就這么簡單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉暗摹?023年12月，可控核聚變?nèi)脒x“2023年度十大科技名詞”?？煽睾司圩儯–ontrollednuclearfusion）是可控的，能夠持續(xù)進行的核聚變反應。在地球上建造的像太陽那樣進行可控核反應的裝置，稱為“人造太陽”?？煽睾司圩兊哪繕耸菍崿F(xiàn)安全、持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出，其潛在優(yōu)勢使其成為最理想的終極能源形式之一。與核裂變相比，可控核聚變釋放能量大，原料來源豐富，產(chǎn)生的放射性廢物少，且具有更高的安全性。2023年，我國在該領(lǐng)域取得了顯著進展：全超導托卡馬克核聚變實驗裝置（EAST）已經(jīng)在多個實驗中取得了重要成果；核聚變大科學裝置“中國環(huán)流三號”面向全球開放，邀請世界各國科學家來中國集智攻關(guān)。目前可控核聚變的商業(yè)化應用仍然面臨許多技術(shù)上和工程上的挑戰(zhàn)，而一旦實現(xiàn)突破，它將為人類提供用之不竭的清潔能源。2023年12月，可控核聚變?nèi)脒x“2023年度十大科技名詞”。1939年，美國物理學家貝特通過實驗證實，把一個氘原子核用加速器加速后和一個氚原子核以極高的速度碰撞，兩個原子核發(fā)生了融合，形成一個新的原子核——氦外加一個自由中子，在這個過程中釋放出了6兆電子伏的能量。這就是太陽持續(xù)45億年發(fā)光發(fā)熱的原理。早在1933年，核聚變的原理就被提出，而5年后，改變世界格局的核裂變才被發(fā)現(xiàn)。核聚變反應堆的原理很簡單，很好理解，只不過實現(xiàn)起來對于當時的人類技術(shù)水準，幾乎是不可能的。第一步，作為反應體的混合氣必須被加熱到等離子態(tài)——也就是溫度足夠高到使得電子能脫離原子核的束縛，原子核能自由運動，這時才可能使得原子核發(fā)生直接接觸，這個時候，需要大約10萬攝氏度的溫度。第二步，為了克服庫侖力，也就是同樣帶正電荷的原子核之間的斥力，原子核需要以極快的速度運行，得到這個速度，最簡單的方法就是——繼續(xù)加溫，使得布朗運動達到一個瘋狂的水平，要使原子核達到這種運行狀態(tài)，需要上億攝氏度的溫度。然后就簡單了，氚的原子核和氘的原子核以極大的速度，赤裸裸地發(fā)生碰撞，產(chǎn)生了新的氦核和新的中子，釋放出巨大的能量。經(jīng)過一段時間，反應體已經(jīng)不需要外來能源的加熱，核聚變的溫度足夠使得原子核繼續(xù)發(fā)生聚變。這個過程只要氦原子核和中子被及時排除，新的氚和氘的混合氣被輸入到反應體，核聚變就能持續(xù)下去，產(chǎn)生的能量一小部分留在反應體內(nèi)，維持鏈式反應，大部分可以輸出，作為能源來使用。看起來很簡單是吧，只有一個問題，你把這個高達上億攝氏度的反應體放在哪里呢？迄今為止，人類還沒有造出任何能經(jīng)受1萬攝氏度的化學結(jié)構(gòu)，更不要說上億攝氏度了。這就是為什么一槌子買賣的氫彈已經(jīng)制造了50年后，人類還沒能有效的從核聚變中獲取能量的唯一原因。好了，人類是很聰明的，不能用化學結(jié)構(gòu)的方法解決問題，就用物理的試驗一下。早在50年前，兩種約束高溫反應體的理論就產(chǎn)生了，一種是慣性約束。這一方法把幾毫克的氘和氚的混合氣體裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)，然后從外面均勻射入激光束或粒子束，球面內(nèi)層因而向內(nèi)擠壓。球內(nèi)氣體受到擠壓，壓力升高，溫度也急劇升高，當溫度達到需要的點火溫度時，球內(nèi)氣體發(fā)生爆炸，產(chǎn)生大量熱能。這樣的爆炸每秒鐘發(fā)生三四次，并持續(xù)不斷地進行下去，釋放出的能量就可以達到百萬千瓦級的水平。這一理論的奠基人之一就是我國著名科學家王淦昌。2007年10月24日北京時間21∶15，國際熱核聚變實驗堆（ITER）組織在法國卡達拉舍（Cadarache）正式成立，這標志著目前全球規(guī)模最大的國際科技合作協(xié)議正式啟動。當國際組織總干事池田要先生和第一副總干事郝特康普博士揭下“ITER國際組織”牌匾上的綢布時，會場響起熱烈的掌聲。同一時刻，美國、俄羅斯、歐盟、中國、日本、韓國、印度各方的高層代表通過視頻在各自國家參與了ITER國際組織舉行的成立儀式。中國分會場設(shè)在合肥中國科學院等離子體所主控室，科技部基礎(chǔ)司彭以祺副巡視員、ITER辦公室羅德隆同志等與國內(nèi)有關(guān)專家一起見證了這一重要歷史時刻，大家紛紛舉杯同賀。在此之前，ITER組織還舉行了ITER技術(shù)負責人第15次會議。2006年11月21日，我國與歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國共同簽署了《聯(lián)合實施國際熱核聚變實驗堆計劃建立國際聚變能組織的協(xié)定》和《聯(lián)合實施國際熱核聚變實驗堆計劃國際聚變能組織特權(quán)和豁免協(xié)定》。2007年8月31日，十屆全國人大第29次常委會審議通過了上述兩個協(xié)定。ITER計劃是目前全球規(guī)模最大、經(jīng)費投入最多、影響最深遠的重大國際科學工程之一，它吸引了世界主要國家的頂尖科學家。ITER計劃的實施結(jié)果將影響人類能否大規(guī)模地使用聚變能，從而從根本上解決能源問題的進程。參與ITER計劃不僅使我國在核聚變能研究方面進入世界最前沿，為我國自主地開展核聚變示范電站開發(fā)清潔高效的能源的研發(fā)奠定基礎(chǔ)，也將推動我國核聚變科技整體水平的發(fā)展。2012年7月10日，中國可控核聚變實驗裝置獲重大突破，遙遙領(lǐng)先世界。中科院等離子體物理研究所，東方超環(huán)（EAST）超導托卡馬克2012年物理實驗順利結(jié)束。在長達四個多月的實驗期間，科學家們利用低雜波和離子回旋射頻波，實現(xiàn)多種模式的高約束等離子體、長脈沖高約束放電，自主創(chuàng)新能力得到較大提高、獲得多項重大成果，創(chuàng)造了兩項托卡馬克運行的世界記錄：獲得超過400秒的兩千萬度高參數(shù)偏濾器等離子體；獲得穩(wěn)定重復超過30秒的高約束等離子體放電。這分別是國際上最長時間的高溫偏濾器等離子體放電、最長時間的高約束等離子體放電，標志著我國在穩(wěn)態(tài)高約束等離子體研究方面走在國際前列。（來源：鳳凰網(wǎng)：2012年7月12日新聞：中國可控核聚變實驗裝置獲重大突破遙遙領(lǐng)先世界）2022年12月13日，美國能源部宣布：12月5日，其下屬的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室科研人員在勞倫斯利弗莫爾國家實驗室“國家點燃實驗設(shè)施”進行了歷史上首次可控核聚變實驗，意味著核聚變實驗中產(chǎn)生的能量多于用于驅(qū)動核聚變的激光能量。這一實驗將為推動清潔能源發(fā)展提供寶貴見解，有助于實現(xiàn)零碳經(jīng)濟目標。此次核聚變實驗中，“國家點燃實驗設(shè)施”向目標輸入了05兆焦耳的能量，產(chǎn)生了15兆焦耳的聚變能量輸出，首次展示了慣性約束核聚變的最基本科學原理。2023年，日本國家聚變科學研究所和美國TAE技術(shù)公司攜手，首次在磁約束聚變等離子體中實現(xiàn)了氫—硼聚變實驗。2023年8月25日下午，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”取得重大科研進展，首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新我國磁約束聚變裝置運行紀錄，突破了等離子體大電流高約束模式運行控制、高功率加熱系統(tǒng)注入耦合、先進偏濾器位形控制等關(guān)鍵技術(shù)難題，標志著我國磁約束核聚變研究向高性能聚變等離子體運行邁出重要一步。人類沒有被一個ITER限定死，很多可控核聚變領(lǐng)域的研究也層出不窮。前幾年出現(xiàn)了冷核聚變的說法，就是將氘代丙酮以一定的頻率進行震動，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的微小氣泡里面產(chǎn)生了核聚變，還有一部以此為背景的電影《圣徒》，但是目前看來，由于被認為不可重現(xiàn)，缺乏理論依據(jù)，基本可以認定是偽科學了。另外托克馬克也不都是環(huán)形的，長徑比到一定程度，就出現(xiàn)了球形的裝置，造價低，有效截面大，很可能是未來的發(fā)展方向。地球上的能量，無論是以礦石燃料，風力，水力還是動植物的形式儲存起來的，最終的來源都是太陽：礦石燃料是由千百萬年前的動植物演變而來的，而動植物（無論是今天的還是以前的）的能量最終是要來源于食物鏈底端的植物的光合作用所儲存的太陽能；風的起因是由于太陽對大氣的加熱造成的冷熱不均；水力的勢能一樣要靠太陽的加熱使處于低平位置的水體蒸發(fā)，上升，再以降水形式被“搬運”到較高位置，從而形成勢能。因此，無論人類利用這其中哪一種能源，歸根結(jié)底都是在利用太陽能，而太陽的能量則是來源于核聚變，因此，人類如果掌握了有序地釋放核聚變的能量的辦法，就等于掌握了太陽的能量來源，就等于掌握了無窮無盡的礦石燃料，風力和水力能源，一些人鼓吹的現(xiàn)代工業(yè)將因為沒有能量來源而走向滅亡的觀點也就破產(chǎn)了。因此，可控核聚變反應堆當之無愧地被稱作“人造太陽”。我國在可控核聚變技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，即將開始運行的EAST反應堆是世界上第一個達到實用工程標準的反應堆，如果能夠成功運行，那么，可控核聚變的商業(yè)發(fā)電的時日就不遠了?？煽睾司圩?，一定條件下，控制核聚變的速度和規(guī)模，以實現(xiàn)安全、持續(xù)、平穩(wěn)的能量輸出的核聚變反應。有激光約束核聚變、磁約束核聚變等形式。具有原料充足、經(jīng)濟性能優(yōu)異、安全可靠、無環(huán)境污染等優(yōu)勢。因技術(shù)難度極高，尚處于實驗階段。核聚變是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，并釋放出能量的過程。自然界中最容易實現(xiàn)的聚變反應是氫的同位素——氘與氚的聚變，這種反應在太陽上已經(jīng)持續(xù)了50億年。可控核聚變俗稱人造太陽，因為太陽的原理就是核聚變反應。（核聚變反應主要借助氫同位素。核聚變不會產(chǎn)生核裂變所出現(xiàn)的長期和高水平的核輻射，不產(chǎn)生核廢料，當然也不產(chǎn)生溫室氣體，基本不污染環(huán)境）人們認識熱核聚變是從氫彈爆炸開始的?？茖W家們希望發(fā)明一種裝置，可以有效控制“氫彈爆炸”的過程，讓能量持續(xù)穩(wěn)定的輸出。裂變能是重金屬元素的原子通過裂變而釋放的巨大能量，已經(jīng)實現(xiàn)商用化。因為裂變需要的鈾等重金屬元素在地球上含量稀少，而且常規(guī)裂變反應堆會產(chǎn)生長壽命放射性較強的核廢料，這些因素限制了裂變能的發(fā)展。另一種核能形式是目前尚未實現(xiàn)商用化的聚變能。氘在地球的海水中藏量豐富，多達40萬億噸，如果全部用于聚變反應，釋放出的能量足夠人類使用幾百億年，而且反應產(chǎn)物是無放射性污染的氦。另外，由于核聚變需要極高溫度，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，燃料溫度下降，聚變反應就會自動中止。也就是說，聚變堆是次臨界堆，絕對不會發(fā)生類似前蘇聯(lián)切爾諾貝利核（核裂變）電站的事故，它是安全的。因此，聚變能是一種無限的、清潔的、安全的新能源。可控核聚變主要的方式大概有3種：引力約束、慣性約束和磁約束，目前占據(jù)主流的托卡馬克裝置屬于磁約束，主要利用氫的同位素氘—氚作為聚變?nèi)剂?。為實現(xiàn)磁力約束，需要一個能產(chǎn)生足夠強的環(huán)形磁場的裝置，這種裝置就被稱作“托卡馬克裝置”——TOKAMAK，也就是俄語中是由“環(huán)形”、“真空”、“磁”、“線圈”的字頭組成的縮寫。早在1954年，在原蘇聯(lián)庫爾恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一個托卡馬克裝置。貌似很順利吧？其實不然，要想能夠投入實際使用，必須使得輸入裝置的能量遠遠小于輸出的能量才行，稱作能量增益因子——Q值。當時的托卡馬克裝置是個很不穩(wěn)定的東西，搞了十幾年，也沒有得到能量輸出，直到1970年，蘇聯(lián)才在改進了很多次的托卡馬克裝置上第一次獲得了實際的能量輸出，不過要用當時最高級設(shè)備才能測出來，Q值大約是10億分之一。別小看這個十億分之一，這使得全世界看到了希望，于是全世界都在這種激勵下大干快上，紛紛建設(shè)起自己的大型托卡馬克裝置，歐洲建設(shè)了聯(lián)合環(huán)-JET,蘇聯(lián)建設(shè)了T20（后來縮水成了T15，線圈小了，但是上了超導），日本的JT-60和美國的TFTR（托卡馬克聚變實驗反應器的縮寫）。這些托卡馬克裝置一次次把能量增益因子（Q）值的紀錄刷新，1991年歐洲的聯(lián)合環(huán)實現(xiàn)了核聚變史上第一次氘－氚運行實驗，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚變反應持續(xù)了2秒鐘，獲得了17萬千瓦輸出功率，Q值達12。1993年，美國在TFTR上使用氘、氚1：1的燃料，兩次實驗釋放的聚變能分別為3萬千瓦和56萬千瓦，Q值達到了28。1997年9月，聯(lián)合歐洲環(huán)創(chuàng)29萬千瓦的世界紀錄，Q值達60，持續(xù)了2秒。僅過了39天，輸出功率又提高到61萬千瓦，Q值達到65。三個月以后，日本的JT－60上成功進行了氘－氘反應實驗，換算到氘－氚反應，Q值可以達到1。后來，Q值又超過了25。這是第一次Q值大于1，盡管氘-氘反應是不能實用的（這個后面再說），但是托卡馬克理論上可以真正產(chǎn)生能量了。在這個大環(huán)境下，中國也不例外，在70年代就建設(shè)了數(shù)個實驗托卡馬克裝置——環(huán)流一號（HL-1）和CT-6，后來又建設(shè)了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建了環(huán)流2號。有種說法，說中國的托卡馬克裝置研究是從俄羅斯贈送設(shè)備開始的，這是不對的，HT6/HL1的建設(shè)都早于俄羅斯贈送的HT-7系統(tǒng)。HT-7以前，中國的幾個設(shè)備都是普通的托卡馬克裝置，而俄羅斯贈送的HT-7則是中國第一個“超托卡馬克”裝置。什么是“超托卡馬克裝置”呢？回過頭來說，托卡馬克裝置的核心就是磁場，要產(chǎn)生磁場就要用線圈，就要通電，有線圈就有導線，有導線就有電阻。托卡馬克裝置越接近實用就要越強的磁場，就要給導線通過越大的電流，這個時候，導線里的電阻就出現(xiàn)了，電阻使得線圈的效率降低，同時限制通過大的電流，不能產(chǎn)生足夠的磁場。托卡馬克貌似走到了盡頭。幸好，超導技術(shù)的發(fā)展使得托卡馬克峰回路轉(zhuǎn)，只要把線圈做成超導體，理論上就可以解決大電流和損耗的問題，于是，使用超導線圈的托卡馬克裝置就誕生了，這就是超托卡馬克。目前為止，世界上有4個國家有各自的大型超托卡馬克裝置，法國的Tore－Supra，俄羅斯的T-15，日本的JT-60U，和中國的EAST。除了EAST以外，其他四個大概都只能叫“準超托卡馬克”，它們的水平線圈是超導的，垂直線圈則是常規(guī)的，因此還是會受到電阻的困擾。此外他們?nèi)齻€的線圈截面都是圓形的，而為了增加反應體的容積，EAST則第一次嘗試做成了非圓型截面。在建的還有德國的螺旋石-7，規(guī)模比EAST大，但是技術(shù)水平差不多。2005年正式確定的國際合作項目ITER，也就是國際熱核實驗反應堆的縮寫，這個項目從1985年開始，由蘇聯(lián)、美國、日本和歐共同提出，目的是建立第一個試驗用的聚變反應堆。（注意：ITER已經(jīng)不是托卡馬克裝置了，而是試驗反應堆，這是一大進步）最初方案是2010年建成一個實驗堆，實現(xiàn)1500兆瓦功率輸出，造價100億美元。沒想到因為各國想法不同，蘇聯(lián)解體，加上技術(shù)手段的限制，一直到了2000年也沒有結(jié)果，其間美國中途退出，ITER出現(xiàn)胎死腹中的危險。直到2003年，能源危機加劇，各國又重視起來，首先是中國宣布加入了ITER計劃，歐洲、日本和俄羅斯自然很高興，隨后美國宣布重返計劃。緊接著，韓國和印度也宣布加入。2005年ITER正式立項，地點在法國的卡達拉申，基本設(shè)計不變，力爭2015年前全面完成，造價120億美元，歐盟出40%，法、中、日、美各出10%，剩下的想讓別人平攤，韓國印度不干，力爭讓俄國也出10%，自己出5%（最終美、日、俄、中、韓、印各出約9%）。ITER湊巧是拉丁語“道路”，可見大家對這個東西抱有多大的希望。很有可能，她就是人類解決能源問題的“道路”。如果ITER能成功，下一步就是利用ITER的技術(shù)，設(shè)計和建造示范商用堆，到那時，離真正的商業(yè)核聚變發(fā)電就不遠了。但是ITER建設(shè)中，還有大量的技術(shù)問題需要解決，需要有一個原型可以參考，在此基礎(chǔ)上，各國的先進超托卡馬克裝置就成了設(shè)計ITER的藍本。ITER的研究遠非一個托卡馬克裝置，它還有很多難題需要攻克，地雷戰(zhàn)里說“各村有各村的高招”，日本的外圍設(shè)備研究就遠遠走在了其他國家前面，他們在托卡馬克點火領(lǐng)域就很先進，不用高壓變壓器，直接使用高頻電流制造核聚變點火的高溫等離子體電流，就已經(jīng)在日本試驗成功了，大功率激光點火也接近完善。EAST位于中國合肥，是目前為止，超托卡馬克反應體部分，唯一能給ITER提供實驗數(shù)據(jù)的裝置，他的結(jié)構(gòu)和應用的技術(shù)與規(guī)劃中的ITER完全一樣，沒有的僅僅是換能部分。EAST解決了幾個重要問題：第一次采用了非圓型垂直截面，目的是在不增加環(huán)形直徑的前提下增加反應體的體積，提高磁場效率。第一次全部采用了液氦無損耗的超導體系。液氦是很貴的，只有在線圈材料上下功夫，盡量少用液氦，同時讓液氦可以循環(huán)使用，盡量減少損耗的系統(tǒng)才可能投入實用。EAST還是世界上第一個具有主動冷卻結(jié)構(gòu)的托卡馬克，它的第一壁是主動冷卻的，連接的是一個大型冷卻塔，它的冷卻水可以保證在長時間運行后將反應產(chǎn)生的熱量帶走，維持系統(tǒng)的溫度平衡，一方面是為真正實現(xiàn)穩(wěn)定的受控聚變邁出的重要一步，另一方面也是工程化的重要標志——冷卻塔換成汽輪機是可以發(fā)電的。結(jié)合一些相關(guān)資料，世界這個領(lǐng)域普遍認為EAST將是第一個能長時間穩(wěn)定運行的，Q值能達到1的托卡馬克裝置，當然這可能還要1-2年的時間。就EAST來說，從某種意義上，它就是ITER主反應體大約1/4的一個原型實驗裝置。利用核能的最終目標是要實現(xiàn)受控核聚變。裂變時靠原子核分裂而釋出能量。聚變時則由較輕的原子核聚合成較重的原子核而釋出能量。最常見的是由氫的同位素氘（讀"刀"，又叫重氫）和氚（讀"川"，又叫超重氫）聚合成較重的原子核如氦而釋出能量。核聚變較之核裂變有兩個重大優(yōu)點。一是地球上蘊藏的核聚變能遠比核裂變能豐富得多。據(jù)測算，每升海水中含有03克氘，所以地球上僅在海水中就有45萬億噸氘。1升海水中所含的氘，經(jīng)過核聚變可提供相當于300升汽油燃燒后釋放出的能量。地球上蘊藏的核聚變能約為蘊藏的可進行核裂變元素所能釋出的全部核裂變能的1000萬倍，可以說是取之不竭的能源。至于氚，雖然自然界中不存在，但靠中子同鋰作用可以產(chǎn)生，而海水中也含有大量鋰。第二個優(yōu)點是既干凈又安全。因為它不會產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì)，所以是干凈的。同時受控核聚變反應可在稀薄的氣體中持續(xù)地穩(wěn)定進行，所以是安全的。實現(xiàn)核聚變已有不少方法。最早的著名方法是"托卡馬克"型磁場約束法。它是利用通過強大電流所產(chǎn)生的強大磁場，把等離子體約束在很小范圍內(nèi)以實現(xiàn)上述三個條件。雖然在實驗室條件下已接近·，但要達到工業(yè)應用還差得遠。按照現(xiàn)有的技術(shù)水平，要建立托卡馬克型核聚變裝置，需要幾千億美元。另一種實現(xiàn)核聚變的方法是慣性約束法。慣性約束核聚變是把幾毫克的氘和氚的混合氣體或固體，裝入直徑約幾毫米的小球內(nèi)。從外面均勻射入激光束或粒子束，球面因吸收能量而向外蒸發(fā)，受它的反作用，球面內(nèi)層向內(nèi)擠壓（反作用力是一種慣性力，靠它使氣體約束，所以稱為慣性約束），就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機前飛一樣，小球內(nèi)氣體受擠壓而壓力升高，并伴隨著溫度的急劇升高。當溫度達到所需要的點火溫度（大概需要幾十億度）時，小球內(nèi)氣體便發(fā)生爆炸，并產(chǎn)生大量熱能。這種爆炸過程時間很短，只有幾個皮秒（1皮等于1萬億分之一秒）。如每秒鐘發(fā)生三四次這樣的爆炸并且連續(xù)不斷地進行下去，所釋放出的能量就相當于百萬千瓦級的發(fā)電站。原理上雖然就這么簡單，但是現(xiàn)有的激光束或粒子束所能達到的功率，離需要的還差幾十倍、甚至幾百倍，加上其他種種技術(shù)上的問題，使慣性約束核聚變?nèi)允强赏豢杉暗摹?023年12月，可控核聚變?nèi)脒x“2023年度十大科技名詞”?！皣H熱核聚變實驗堆（ITER）計劃”是全球規(guī)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(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應的超導托卡馬克，俗稱“人造太陽”。2003年1月，國務院批準我國參加ITER計劃談判，2006年5月，經(jīng)國務院批準，中國ITER談判聯(lián)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計劃協(xié)定。這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。我國參加ITER計劃是基于能源長遠的基本需求。2020年7月28日，國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃重大工程安裝啟動儀式在法國該組織總部舉行。中國國家主席習近平致賀信。國際熱核聚變實驗堆（ITER）計劃，簡稱“（ITER）計劃”，（ITER：InternationalThermonuclearExperimentalReactor），ITER計劃倡議于1985年，并于1988年開始實驗堆的研究設(shè)計工作。經(jīng)過十三年努力，耗資十五億美元，在集成世界聚變研究主要成果基礎(chǔ)上，ITER工程設(shè)計于2001年完成。此后經(jīng)過五年談判，ITER計劃七方2006年正式簽署聯(lián)合實施協(xié)定，啟動實施ITER計劃。ITER計劃將歷時35年，其中建造階段10年、運行和開發(fā)利用階段20年、去活化階段5年。中國政府堅定支持中國參與ITER計劃，胡錦濤多次就此做出重要指示。經(jīng)過深入調(diào)研和充分論證，中國政府于2003年1月決定正式參加ITER計劃談判。此后，中國還積極推動談判進程，為盡早啟動實施ITER計劃進行不懈努力，這期間，中國先后承辦了ITER第九次和第十一次政府間談判會議。ITER計劃是目前世界上僅次于國際空間站的又一個國際大科學工程計劃。該計劃將集成當今國際上受控磁約束核聚變的主要科學和技術(shù)成果，首次建造可實現(xiàn)大規(guī)模聚變反應的聚變實驗堆，將研究解決大量技術(shù)難題，是人類受控核聚變研究走向?qū)嵱玫年P(guān)鍵一步，因此備受各國政府與科技界的高度重視和支持。核聚變研究是當今世界科技界為解決人類未來能源問題而開展的重大國際合作計劃。與不可再生能源和常規(guī)清潔能源不同，聚變能具有資源無限，不污染環(huán)境，不產(chǎn)生高放射性核廢料等優(yōu)點，是人類未來能源的主導形式之一，也是目前認識到的可以最終解決人類社會能源問題和環(huán)境問題、推動人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。ITER計劃是實現(xiàn)聚變能商業(yè)化必不可少的一步，其目標是驗證和平利用聚變能的科學和技術(shù)可行性。ITER計劃集成了當今國際受控磁約束核聚變研究的主要科學和技術(shù)成果，擁有可靠的科學依據(jù)并具備堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。國際上對ITER計劃的主流看法是：建造和運行ITER的科學和工程技術(shù)基礎(chǔ)已經(jīng)具備，成功的把握較大，經(jīng)過示范堆、原型堆核電站階段，可在本世紀中葉實現(xiàn)聚變能商業(yè)化。ITER計劃是我國改革開放以來有機會參加的最大的多邊國際大科學工程合作項目。參加ITER計劃有利于大幅度提升我國在科學技術(shù)領(lǐng)域參加國際合作的層次；有利于推動我國聚變能研究開發(fā)，加快我國聚變能開發(fā)進程；有利于我國學習掌握大型國際科學工程項目的建設(shè)、管理、運行和維修經(jīng)驗；有利于提高我國超導技術(shù)、稀有金屬材料技術(shù)、高電壓技術(shù)等眾多領(lǐng)域的研究開發(fā)能力；有利于鍛煉和造就一批高水平、高素質(zhì)的科研人員、工程技術(shù)人員和管理人員，為我國聚變事業(yè)的發(fā)展打下堅實人才基礎(chǔ)。2003年1月國務院批準我國參加ITER計劃談判，經(jīng)過三年談判，2006年5月24日，經(jīng)國務院批準，中國ITER談判聯(lián)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計劃協(xié)定，標志著ITER計劃進入全面實施的準備階段。(霍裕平院士ITER計劃中國專家委員會首席科學家、鄭州大學教授，潘傳紅研究員中國核工業(yè)集團公司西南物理研究院院長，李建剛研究員中國科學院等離子體物理研究所所長)2006年5月24日，國家科學技術(shù)部代表我國政府與其他六方一起，在比利時首都布魯塞爾草簽了《國際熱核聚變實驗堆（InternationalThermonuclearExperimentalReactor）聯(lián)合實施協(xié)定》。這標志著ITER計劃實質(zhì)上進入了正式執(zhí)行階段，即將開始工程建設(shè)，也標志著我國實質(zhì)上參加了ITER計劃。ITER計劃是目前全球規(guī)模最大、影響最深遠的國際科研合作項目之一。它的建造大約需要十年，耗資五十億美元（1998年值）。合作承擔ITER計劃的七個成員是歐盟、中國、韓國、俄羅斯、日本、印度和美國，這七方包括了全世界主要的核國家和主要的亞洲國家，覆蓋的人口接近全球一半。為建設(shè)ITER，各參與方專門協(xié)商組建了一個獨立的國際組織，各國政府首腦在過去幾年中都采取不同方式對參加ITER計劃作出過正式表態(tài)。這些都是國際科技合作史上前所未有的，充分顯示了各國政府和科技界對該計劃的高度重視。ITER計劃的實施結(jié)果將決定人類能否迅速地、大規(guī)模地使用聚變能，從而可能影響人類從根本上解決能源問題的進程。在全世界都對人類能源、環(huán)境、資源前景等問題予以高度關(guān)注的今天，各國堅持協(xié)商、合作的精神，擱置諸多的矛盾和利害沖突，最終達成了各方都能接受的協(xié)議，并開始合力建設(shè)世界上第一座聚變實驗堆。我國是一個持續(xù)高速發(fā)展的發(fā)展中大國，能源問題日益突出，因而長期以來對有可能徹底解決能源問題的核聚變能研究作了力所能及的安排，對國際上有關(guān)ITER計劃的討論一直給予高度關(guān)注。2002年底，國務院授權(quán)國家科學技術(shù)部代表我國政府參加ITER計劃國際協(xié)商，并于2006年決定在協(xié)商完成后的草簽協(xié)議上簽字。這顯示了我國作為一個發(fā)展中大國對我國和對人類未來負責任的態(tài)度，以及對打開國門積極參加國際科技合作的決心。如果說重原子核在中子打擊下分裂放出的"裂變能"是當今原子能電站及原子彈能量的來源，則兩個氫原子核聚合反應放出"核聚變能"就是宇宙間所有恒星（包括太陽）釋放光和熱及氫彈的能源。人類已經(jīng)能控制和利用核裂變能，但由于很難將兩個帶正電核的輕原子核靠近從而產(chǎn)生聚變反應，控制和利用核聚變能則需要歷經(jīng)長期的、非常艱苦的研發(fā)歷程。在所有的核聚變反應中，氫的同位素---氘和氚的核聚變反應（即氫彈中的聚變反應）是相對比較易于實現(xiàn)的。氘氚核聚變反應也可以釋放巨大能量。氘在海水中儲量極為豐富，一公升海水里提取出的氘，在完全的聚變反應中可釋放相當于燃燒300公升汽油的能量；氚可在反應堆中通過鋰再生，而鋰在地殼和海水中都大量存在。氘氚反應的產(chǎn)物沒有放射性，中子對堆結(jié)構(gòu)材料的活化也只產(chǎn)生少量較容易處理的短壽命放射性物質(zhì)。聚變反應堆不產(chǎn)生污染環(huán)境的硫、氮氧化物，不釋放溫室效應氣體。再考慮到聚變堆的固有安全性，可以說，聚變能是無污染、無長壽命放射性核廢料、資源無限的理想能源。受控熱核聚變能的大規(guī)模實現(xiàn)將從根本上解決人類社會的能源問題?？紤]到氘和氚原子核能產(chǎn)生聚變反應的條件，若要求氘、氚混合氣體中能產(chǎn)生大量核聚變反應，則氣體溫度必須達到1億度以上。在這樣高的溫度下，氣體原子中帶負電的電子和帶正電的原子核已完全脫開，各自獨立運動。這種完全由自由的帶電粒子構(gòu)成的高溫氣體被稱為"等離子體"。因此，實現(xiàn)"受控熱核聚變"首先需要解決的問題是用什么方法及如何加熱氣體，使得等離子體溫度能上升到百萬度、千萬度、上億度。但是，超過萬度以上的氣體是不能用任何材料所構(gòu)成的容器約束，使之不飛散的，因此必須尋求某種途徑，防止高溫等離子體逃逸或飛散。具有閉合磁力線的磁場（因為帶電粒子只能沿磁力線運動）是一種最可能的選擇。對不同設(shè)計出的"磁籠"中等離子體運動行為及防止逃逸的研究（即所謂穩(wěn)定性研究），成為實現(xiàn)受控熱核聚變的第二個難點。如果要使高溫等離子體中核聚變反應能持續(xù)進行，上億度的高溫必須能長時間維持（不論靠聚變反應產(chǎn)生的部分能量，或外加部分能量）。或者可以說，等離子體的能量損失率必須比較小。提高磁籠約束等離子體能量的能力，這是論證實現(xiàn)磁約束核聚變的科學可行性的第三個主要內(nèi)容。除了驗證科學可行性外，建設(shè)一個連續(xù)運行的聚變反應堆還需要解決加料、排廢、避免雜質(zhì)、中子帶出能量到包層、產(chǎn)氚及返送以及由于聚變反應產(chǎn)生大量帶電氦原子核對等離子體的影響等一系列科學和工程上的難題。從20世紀40年代末起，各國就開發(fā)了多種磁籠途徑，并由之出發(fā)，對聚變能科學可行性展開了不同規(guī)模的理論與實驗探索研究。投入科學家及工程師上千人，經(jīng)費總計每年超過10億美元。各途徑競爭非常激烈，其間紛爭不斷。在這過程中，人們對實現(xiàn)聚變能難度的認識也逐步加深。但從20世紀70年代開始，蘇聯(lián)科學家發(fā)明的"托卡馬克"途徑逐漸顯示出了獨特的優(yōu)點，并在80年代成為聚變能研究的主流途徑。托卡馬克裝置又稱環(huán)流器，是一個由環(huán)形封閉磁場組成的"磁籠"。等離子體就被約束在這"磁籠"中，很像一個中空的面包圈,等離子體環(huán)中感生一個很大的環(huán)電流。隨著各國大小不一的托卡馬克裝置的建成、投入運行和實驗，托卡馬克顯示了較為光明的前景：等離子體達到了數(shù)百萬度，等離子體約束也獲得了明顯效果。科學家們認識到，如果擴大此類裝置的規(guī)模，有可能獲得接近聚變條件的等離子體。20世紀90年代，在歐洲、日本、美國的幾個大型托卡馬克裝置上，聚變能研究取得突破性進展。不論在等離子體溫度、在穩(wěn)定性及在約束方面都已基本達到產(chǎn)生大規(guī)模核聚變的條件。初步進行的氘-氚反應實驗，得到16兆瓦的聚變功率?？梢哉f，聚變能的科學可行性已基本得到論證，有可能考慮建造"聚變能實驗堆"，創(chuàng)造研究大規(guī)模核聚變的條件。由于聚變能的研究不僅關(guān)系到最終解決人類能源問題，而且還涉及眾多最先進且非常敏感的技術(shù)，因此，ITER計劃的形成除與科學技術(shù)本身的發(fā)展有關(guān)外，還始終與主要大國在政治和外交方面的考慮分不開。本文將主要從科學和技術(shù)角度作一些分析和說明。1985年，作為結(jié)束冷戰(zhàn)的標志性行動之一，前蘇聯(lián)領(lǐng)導人戈爾巴喬夫和美國總統(tǒng)里根在日內(nèi)瓦峰會上倡議，由美、蘇、歐、日共同啟動"國際熱核聚變實驗堆（ITER）"計劃。ITER計劃的目標是要建造一個可自持燃燒（即"點火"）的托可馬克核聚變實驗堆，以便對未來聚變示范堆及商用聚變堆的物理和工程問題做深入探索。最初，該計劃僅確定由美、俄、歐、日四方參加，獨立于聯(lián)合國原子能委員會（IAEA）之外，總部分設(shè)美、日、歐三處。由于當時的科學和技術(shù)條件還不成熟，四方科技人員于1996年提出的ITER初步設(shè)計很不合理，要求投資上百億美元。1998年，美國出于政治原因及國內(nèi)紛爭，以加強基礎(chǔ)研究為名，宣布退出ITER計劃。歐、日、俄三方則繼續(xù)堅持合作，并基于上世紀90年代核聚變研究及其他高新技術(shù)的新發(fā)展，大幅度修改實驗堆的設(shè)計。2001年，歐、日、俄聯(lián)合工作組完成了ITER裝置新的工程設(shè)計（EDA）及主要部件的研制，預計建造費用為50億美元（1998年價），建造期8至10年，運行期20年。其后，三方分別組織了獨立的審查，都認為設(shè)計合理，基本上可以接受。2002年，歐、日、俄三方以EDA為基礎(chǔ)開始協(xié)商ITER計劃的國際協(xié)議及相應國際組織的建立，并表示歡迎中國與美國參加ITER計劃。中國于2003年1月初正式宣布參加協(xié)商，其后美國在1月末由布什總統(tǒng)特別宣布重新參加ITER計劃，韓國在2005年被接受參加ITER計劃協(xié)商。以上六方于2005年6月簽訂協(xié)議，一致同意把ITER建在法國核技術(shù)研究中心Cadarache，從而結(jié)束了激烈的"選址大戰(zhàn)"。印度于2006年加入ITER協(xié)商。最終，七個成員國政府于2006年5月25日草簽了建設(shè)ITER的國際協(xié)定。目前國際組織正在組建，總干事和副總干事人選已確定。還有一些國家也正在考慮參加ITER計劃。在ITER建設(shè)總投資的50億美元（1998年值）中，歐盟貢獻46%，美、日、俄、中、韓、印各貢獻約9%。根據(jù)協(xié)議，中國貢獻中的70%以上由我國制造所約定的ITER部件折算，10%由我國派出所需合格人員折算，需支付國際組織的外匯不到20%。作為聚變能實驗堆，ITER要把上億度、由氘氚組成的高溫等離子體約束在體積達837立方米的"磁籠"中，產(chǎn)生50萬千瓦的聚變功率，持續(xù)時間達500秒。50萬千瓦熱功率已經(jīng)相當于一個小型熱電站的水平。這將是人類第一次在地球上獲得持續(xù)的、有大量核聚變反應的高溫等離子體，產(chǎn)生接近電站規(guī)模的受控聚變能。在ITER上開展的研究工作將揭示這種帶有氘氚核聚變反應的高溫等離子體的特性，探索它的約束、加熱和能量損失機制，等離子體邊界的行為以及最佳的控制條件，從而為今后建設(shè)商用的核聚變反應堆奠定堅實的科學基礎(chǔ)。對ITER裝置工程整體及各部件在50萬千瓦聚變功率長時間持續(xù)過程中產(chǎn)生的變化及可能出現(xiàn)問題的研究，不僅將驗證受控熱核聚變能的工程可行性，而且還將對今后如何設(shè)計和建造聚變反應堆提供必不可少的信息。ITER的建設(shè)、運行和實驗研究是人類發(fā)展聚變能的必要一步，有可能直接決定真正聚變示范電站（DEMO）的設(shè)計和建設(shè)，并進而促進商用聚變電站的更快實現(xiàn)。ITER裝置是一個能產(chǎn)生大規(guī)模核聚變反應的超導托卡馬克。其裝置中心是高溫氘氚等離子體環(huán)，其中存在15兆安的等離子體電流，核聚變反應功率達50萬千瓦，每秒釋放多達1020個高能中子。等離子體環(huán)在屏蔽包層的環(huán)型包套中，屏蔽包層將吸收50萬千瓦熱功率及核聚變反應所產(chǎn)生的所有中子。在包層外是巨大的環(huán)形真空室。在下側(cè)有偏慮器與真空室相連，可排出核反應后的廢氣。真空室穿在16個大型超導環(huán)向場線圈（即縱場線圈）中。環(huán)向超導磁體將產(chǎn)生3特斯拉的環(huán)向強磁場，是裝置的關(guān)鍵部件之一，價值超過12億美元。穿過環(huán)的中心是一個巨大的超導線圈筒（中心螺管），在環(huán)向場線圈外側(cè)還布有六個大型環(huán)向超導線圈，即極向場線圈。中心螺管和極向場線圈的作用是產(chǎn)生等離子體電流和控制等離子體位形。在本體外分布4個10兆瓦的強流粒子加速器，10兆瓦的穩(wěn)態(tài)毫米電磁波系統(tǒng)，20兆瓦的射頻波系統(tǒng)及數(shù)十種先進的等離子體診斷測量系統(tǒng)。整個體系還包括：大型供電系統(tǒng)、大型氚工廠、大型供水（包括去離子水）系統(tǒng)、大型高真空系統(tǒng)、大型液氮、液氦低溫系統(tǒng)等。ITER本體內(nèi)所有可能的調(diào)整和維修都是通過遠程控制的機器人或機器手完成。ITER裝置不僅反映了國際聚變能研究的最新成果，而且綜合了當今世界各領(lǐng)域的一些頂尖技術(shù)，如：大型超導磁體技術(shù)，中能高流強加速器技術(shù)，連續(xù)、大功率毫米波技術(shù)，復雜的遠程控制技術(shù)等等。20世紀60年代，利用該原理，前蘇聯(lián)科學家提出并證明了激光可以使氘氚發(fā)生聚變。直到2009年，耗資35億美元的美國國家點火裝置（簡稱NIF）終于讓科學家看到了激光核聚變實現(xiàn)的可能性，人類寄希望于能從該實驗室中獲得“取之不盡，用之不竭”的清潔核能。2013年9月25日（北京時間）消息，勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室報告稱，世界最大激光器、被稱為“人造太陽”的美國國家點火裝置（NIF）正距離其目標越來越近，顯示了一個可持續(xù)核聚變反應裝置正在由夢想逐步成為現(xiàn)實。不過在設(shè)施達到高度穩(wěn)定前，目前仍有一個顯著障礙有待克服。2020年12月28日報道，韓國超導托卡馬克高級研究（KSTAR）創(chuàng)造了新的世界紀錄，超導聚變設(shè)備也被稱為韓國人造太陽，其離子在超過1億度（攝氏溫度）下維持了20秒鐘。2022年2月9日，據(jù)歐洲核聚變研發(fā)創(chuàng)新聯(lián)盟（EUROfusion）、英國原子能管理局（UKAEA）和國際熱核聚變實驗堆（ITER）聯(lián)合召開新聞發(fā)布會稱，歐洲科學家在通過聚變等離子體生產(chǎn)能源的道路上取得了重大成功——世界上規(guī)模最大的核聚變反應堆歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應堆（JET）中產(chǎn)生了能量輸出為59兆焦耳的穩(wěn)定等離子體。這是自1997年以來，世界首次氘氚核聚變實驗。2023年12月1日，日本和歐盟共同建設(shè)、位于日本茨城縣那珂市的大型核聚變實驗裝置開始運行，向?qū)崿F(xiàn)“人造太陽”又邁進了一步。我國核聚變能研究開始于60年代初，盡管經(jīng)歷了長時間非常困難的環(huán)境，但始終能堅持穩(wěn)定、逐步的發(fā)展，建成了兩個在發(fā)展中國家最大的、理工結(jié)合的大型現(xiàn)代化專業(yè)研究所，即中國核工業(yè)集團公司所屬的西南物理研究院（SWIP）及中國科學院所屬的合肥等離子體物理研究所（ASIPP）。為了培養(yǎng)專業(yè)人才，還在中國科技大學、大連理工大學、華中科技大學、清華大學等高等院校中建立了核聚變及等離子體物理專業(yè)或研究室。科技部依托中國科大成立“國家磁約束聚變堆總體設(shè)計組”，中國科大核科學技術(shù)學院院長萬元熙院士擔任組長。我國核聚變研究從一開始，即便規(guī)模很小時，就以在我國實現(xiàn)受控熱核聚變能為主要目標。從上世紀70年代開始，集中選擇了托卡馬克為主要研究途徑，先后建成并運行了小型CT-6（中科院物理所）、KT-5（中國科技大學）、HT-6B（ASIPP）、HL-1（SWIP）、HT-6M（ASIPP）及中型HL-1M（SWIP）。SWIP建成的HL-2A經(jīng)過進一步升級，有可能進入當前國際上正在運行的少數(shù)幾個中型托卡馬克之列。在這些裝置的成功研制過程中，組建并鍛煉了一批聚變工程隊伍。我國科學家在這些常規(guī)托卡馬克裝置上開展了一系列十分有意義的研究工作。自1991年，我國開展了超導托卡馬克發(fā)展計劃（ASIPP），探索解決托卡馬克穩(wěn)態(tài)運行問題。1994年建成并運行了世界上同類裝置中第二大的HT-7裝置，最近初步建成了首個與ITER位形相似（規(guī)模小很多）的全超導托卡馬克EAST。超導托卡馬克計劃無疑為我國參加ITER計劃在技術(shù)與人才方面做了進一步的準備。"聚變-裂變混合堆項目"于1987年正式列入我國"863計劃"，目的是探索利用核聚變反應的另一類有效途徑，其中主要安排了一些與未來核聚變堆有關(guān)技術(shù)的研發(fā)。2000年由于諸多原因，"聚變-裂變混合堆項目"被中止，但核聚變堆概念設(shè)計以及堆材料和某些特殊堆技術(shù)的研究仍在兩個專業(yè)院所繼續(xù)進行。盡管就規(guī)模和水平來說，我國核聚變能的研究和美、歐、日等發(fā)達國家還有不小的差距，但是我們有自已的特點，也在技術(shù)和人才等方面為參加ITER計劃做了相當?shù)臏蕚洹＿@使得我們有能力完成約定的ITER部件制造任務，為ITER計劃做出相應的貢獻，并有可能在合作過程中全面掌握聚變實驗堆的技術(shù)，達到我國參加ITER計劃總的目的。我國是一個能源大國，在本世紀內(nèi)每年的能耗都將是數(shù)十億噸標煤。由于條件限制，在長時間內(nèi)我國能源生產(chǎn)都將以煤為主，所占比例高達70%?？紤]到我國社會經(jīng)濟的長期可持續(xù)發(fā)展，我們必須盡快用可靠的非化石能源（如核裂變或核聚變能、太陽能、水能等）來取代大部分煤或石油的消耗。因此，必然應該在能力許可范圍內(nèi)積極開展核聚變能的研究，盡可能地參加國際核聚變能的大型合作研發(fā)計劃（如ITER計劃）。我國參加ITER計劃是基于能源長遠的基本需求。核聚變能的研發(fā)對每個大國都是必要的，但又是一個長期、大規(guī)模、高投入而且又是高風險的過程。我國核聚變研究目前距離發(fā)達國家還有很大差距，還須經(jīng)過若干年的努力才能接近"實驗堆"建設(shè)和研究階段。如果采取單獨建造實驗堆，則又須花費上百億資金和十數(shù)年時間，我國和國際的差距會進一步擴大。因此，參加ITER計劃，參加ITER的建設(shè)和實驗，從而全面掌握ITER的知識和技術(shù)，培養(yǎng)一批聚變工程和科研人才，使其成為我國聚變研究的一部分。再配合國內(nèi)安排必要的基礎(chǔ)研究、聚變反應堆材料的研究、聚變堆某些必要技術(shù)的研究等，則有可能在較短時間、用較小投資使我國核聚變能研究在整體上進入世界前沿，為我國自主地開展核聚變示范電站的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。由中國自行設(shè)計、研制的世界上第一個全超導托卡馬克EAST（原名HT--7U）核聚變實驗裝置（又稱“人造太陽”）2006年成功完成首次工程調(diào)試，2007年3月通過國家驗收。我們在一些戰(zhàn)略高技術(shù)和產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)取得重大突破，取得了一批重大原創(chuàng)成果，一些學科領(lǐng)域走到世界前列?？萍紕?chuàng)新能力大幅提升，有力支撐了中國經(jīng)濟社會發(fā)展。我們還必須看到，ITER本身就是當代各類高新技術(shù)的綜合，中國科技人員長期、全面地參加ITER的建設(shè)和研究工作，直接接觸和了解各類技術(shù)，必將有利于我國高新技術(shù)及相應產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。事實上，參加ITER計劃已開始推動我國超導技術(shù)與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于ITER計劃本身的重要性，我國作為完全的伙伴全面參加ITER計劃，就成為我國參加國際科技合作走上更高層次的一個明顯的標志。這也在國際上展示了我國在科技領(lǐng)域堅持"開放"的決心。我國聚變研究的中心目標，是促使核聚變能在可能的條件下，盡早在中國實現(xiàn)。因此參加ITER計劃應該也只能是我國整體聚變能研發(fā)計劃中的一個重要組成部分。國家將在參加ITER計劃的同時支持與之配套或與之互補的一系列重要研究工作，如托卡馬克等離子體物理的基礎(chǔ)研究、聚變堆第一壁等關(guān)鍵部件所需材料的開發(fā)、示范聚變堆的設(shè)計及必要技術(shù)或關(guān)鍵部件的研制等。參加ITER計劃將是我國聚變能研究的一個重大機遇。2022年11月22日，國際熱核聚變實驗堆（ITER）增強熱負荷第一壁完成首件制造，其核心指標顯著優(yōu)于設(shè)計要求，具備了批量制造條件。這標志著中國全面突破“ITER增強熱負荷第一壁”關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)該項核心科技持續(xù)領(lǐng)跑。中科院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體物理研究所核聚變大科學團隊利用有“人造太陽”之稱的全超導托卡馬克大科學裝置（EAST），發(fā)現(xiàn)并證明了一種新的高能量約束模式，對國際熱核聚變實驗堆和未來聚變堆運行具有重要意義。2023年4月12日晚21時，正在運行的世界首個全超導托卡馬克EAST裝置（又稱“人造太陽”）獲重大成果——成功實現(xiàn)403秒穩(wěn)態(tài)長脈沖高約束模等離子體運行，這創(chuàng)造了托卡馬克裝置高約束模式運行新的世界紀錄。中國科學院合肥物質(zhì)科學研究院等離子體物理研究所EAST大科學團隊解決了長時間尺度下的等離子體位形約束、高功率射頻波加熱與電流驅(qū)動等離子體與壁相互作用、關(guān)鍵分布參數(shù)的實時診斷等系列前沿物理和技術(shù)集成問題，最終實現(xiàn)了403秒高約束模等離子體運行。2023年8月25日下午，新一代人造太陽“中國環(huán)流三號”取得重大科研進展，首次實現(xiàn)100萬安培等離子體電流下的高約束模式運行，再次刷新中