能源界網(wǎng)訊：在阿聯(lián)酋迪拜舉行的第28屆聯(lián)合國氣候變化大會(COP28)上，聚變能源在世界舞臺上受到了迄今為止最重要的關(guān)注。美國總統(tǒng)氣候特使約翰·克里發(fā)表了題為“包容性聚變能源的未來”的主題演講，隨后進行了小組討論。聚變的潛力是巨大的。在過去的一年里，各國政府對聚變能研發(fā)的資助已經(jīng)增加，許多私人聚變開發(fā)商都在宣傳他們的等離子體約束方法的優(yōu)點。以下，我們將重點關(guān)注當今世界四個最大的政府支持的聚變項目：NIF、JT-60SA、JET和ITER。
NIF項目
去年12月，美國國家點火設(shè)施(NIF)首次實現(xiàn)聚變點火，創(chuàng)造了聚變能試驗紀錄，有力推動了激光驅(qū)動聚變能量的發(fā)展前景。今年10月30日，NIF的研究人員創(chuàng)造了一項新紀錄，這一次，他們向點火目標發(fā)射了比以往任何時候都多的能量——2.2 MJ。這項試驗是在過去一年中的第四次點火，產(chǎn)生了3.4MJ的聚變能，是NIF有史以來第二高的中子產(chǎn)額。勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(LLNL)的第二次聚變點火直到7月30日才進行，當時，NIF激光器向目標輸送了2.05 MJ的能量，產(chǎn)生了3.88 MJ的聚變能量輸出，這是迄今為止實現(xiàn)的最高產(chǎn)量。
10月8日，NIF激光器以1.9MJ的激光能量第三次實現(xiàn)聚變點火，產(chǎn)生2.4MJ的聚變能量。NIF和光子科學激光科學與系統(tǒng)工程組織的聯(lián)合項目主任Jean-Michel Di Nicola說：“我們的研究正處于一條陡峭的性能曲線上。增加激光能量可以讓我們有更多的余地來應對燃料艙的缺陷或燃料熱點的不對稱等問題。更高的激光能量可以幫助實現(xiàn)更穩(wěn)定的內(nèi)爆，從而獲得更高的產(chǎn)量。”現(xiàn)在的激光已經(jīng)提供了2.2 MJ的激光能量，該團隊正在研究結(jié)果，并為下一次試驗做準備。
JT-60SA項目
通過日本和歐洲的合作，迄今為止最大的可操作托卡馬克實驗裝置——JT-60SA在日本中城設(shè)計和建造，雙方選擇12月1日通過展示100萬安培電流的偏濾器等離子體來隆重啟動該設(shè)施。歐盟的Fusion 4 Energy解釋說，JT-60SA源于歐盟和日本簽署的一項名為《更廣泛的方法協(xié)議》的科學合作，旨在通過合作項目促進聚變能的發(fā)展。
該裝置的研制工作于2007年開始，組裝工作于2020年完成。從那時起，在等離子體操作之前進行了一系列技術(shù)改進。JT-60SA團隊在12月1日的新聞稿中解釋說，10月23日，該設(shè)備中記錄的第一個等離子體電流約為130kA。自10月以來進行的測試，旨在優(yōu)化等離子體擊穿，增加等離子體電流，并優(yōu)化等離子體電流、形狀和位置的控制。根據(jù)12月1日的公告，“11月初，產(chǎn)生了‘轉(zhuǎn)向’等離子體。在這種配置中，磁場被設(shè)置為具有特征的‘X點’零點，從而使逃離磁約束的粒子被‘轉(zhuǎn)向’到特定區(qū)域。這有助于提高等離子體純度、更有效的約束，并最終提高性能。”
JET項目
位于英國牛津郡庫勒姆聚變能源中心的歐洲聯(lián)合環(huán)面(JET)是現(xiàn)有的唯一一個已經(jīng)可以使用氘-氚燃料混合物運行的托卡馬克設(shè)施，該燃料混合物也將用于未來的聚變發(fā)電廠。在JT-60SA開始運行之前，JET一直是世界上最大的在運托卡馬克裝置。JET數(shù)十年的實驗優(yōu)化了氘-氚的聚變反應，并幫助開發(fā)了管理燃料滯留、熱排放和材料演變的技術(shù)。JET于1978年開始建造，1983年(JT-60SA之前40年)實現(xiàn)了第一個等離子體試驗。
JET的核心是一個真空容器，目前該容器容納了90立方米的聚變等離子體。多年來，該設(shè)施創(chuàng)下了多項紀錄，包括1997年創(chuàng)紀錄的0.64的Q-等離子體(產(chǎn)生的聚變功率與加熱等離子體的外部功率之比)，以及2021年12月創(chuàng)紀錄的5秒脈沖內(nèi)59 MJ的聚變能量輸出。高性能氘-氚實驗始于1997年，自2011年以來，真空容器的第一個壁由鈹和鎢制成，取自ITER的建設(shè)經(jīng)驗。JET目前正在完成其最后一系列實驗，并將于今年年底停止運營，先于計劃的2024年開始退役。
ITER項目
ITER理事會于11月16日至17日召開會議，審查正在法國卡達拉舍建設(shè)的大型國際托卡馬克聚變項目的性能，并討論項目計劃基線的更新。ITER總干事Pietro Barabaschi報告了關(guān)鍵部件(真空容器斜角接頭和隔熱板冷卻管)的維修進展，以及正在進行的制造、組裝和安裝。ITER組織正在努力建立一個新的成本和進度基線，考慮到從過去因新冠肺炎疫情造成的延誤中恢復過來，完成一流組件的技術(shù)挑戰(zhàn)，以及加強組件測試以抵消未來風險。根據(jù)11月23日理事會會議的新聞，“工作的關(guān)鍵是更好的裝配順序，讓ITER實現(xiàn)最快運行”。
ITER比JT-60SA大得多，比JET還要大。JT-60SA重2,600噸，等離子體體積130立方米，ITER建設(shè)完成后將重23,000噸，等離子體容量為830立方米。ITER的建設(shè)，也借鑒了JT-60SA和JET。JET中的氘-氚試驗幫助了ITER團隊，根據(jù)ITER組織的說法，ITER“通過合作協(xié)議與[JT-60SA]升級項目密切相關(guān)，確保其能夠從JT-60SA設(shè)備的組裝、安裝、集成調(diào)試和運行中學習經(jīng)驗。”ITER現(xiàn)任董事一直關(guān)注JT-60SA，并將從其建設(shè)中吸取的經(jīng)驗教訓帶給ITER：Barabaschi和ITER副總干事菅田由隆在加入ITER組織之前，都領(lǐng)導過JT-60SA項目。
