全球最大核聚变反应堆投入运行

界面新闻记者 ｜ 戴晶晶

全球核聚变产业又有新突破。

12月1日，欧洲聚变能组织(F4E)发布消息称，欧洲和日本共同建造和运营的核聚变反应堆JT-60SA投入运行。

JT-60SA为托卡马克装置，位于日本量子科学技术研究开发机构（QST）那珂研究所，高15.5米，可以容纳135立方米的等离子体。在国际热核聚变实验堆(ITER)建成之前，它是目前全球最大的核聚变反应堆。

欧盟能源委员卡德里·西姆森(Kadri Simson)在启动仪式上表示，JT-60SA是“世界上最先进的托卡马克”，其启动运行是“核聚变历史上的一个里程碑”。

“该装置将使我们离聚变能更近一步。”JT-60SA项目副负责人萨姆·戴维斯(Sam Davis)称。

核聚变是指轻原子核（例如氘和氚）结合成较重原子核，同时放出巨大能量的过程，其原材料资源丰富，且无污染排放。因此可控核聚变被一直认为是人类解决能源问题的重要出路，视为人类“终极能源”。

当前可控核聚变技术路线主要有三种，分别为重力场约束核聚变、激光惯性约束核聚变和磁约束核聚变。其中，磁约束核聚变目前研究的装置包括托卡马克、仿星器、反向场箍缩及磁镜等。

托克马克被誉为“人造太阳”，其装置的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电时内部会产生巨大的螺旋形磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。

JT-60SA的工作始于2007年，于2020年完成组装，是欧盟和日本之间的《更广泛的方法协议》(Broad Approach Agreement)下的成果。该协议旨在通过各种项目促进核聚变技术的发展。

F4E表示，该项目建设阶段的总成本估计为5.6亿欧元（约合人民币43亿元）。

今年10月，JT-60SA在试验运行时，首次产生了核聚变必需的等离子体。

JT-60SA又被称为ITER的卫星(satellite)托卡马克项目，意图通过一个互补的研究和开发计划，来支持ITER和其他聚变装置的运行。

ITER是目前世界规模最大、影响最深远的国际大科学工程，联合中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯、美国七方共同参与建造。中国于2006年正式签约加入该计划。

不同于ITER计划聚变氘和氚，JT-60SA只使用氢和氘开展离子体控制实验，目标是将气体加热到2亿摄氏度成为等离子体，再使用由28个超导线圈组成的强大磁铁系统将等离子体限制约100秒。

F4E资料显示，JT-60SA将具有这样的性能——如果使用氘和氚，可以使其达到或超过“收支平衡”，即聚变反应释放的功率，将等于或超过加热功率。

不过，QST项目负责人表示，JT-60SA还需要两年才能产生有意义的物理实验所需的持久等离子体。

中国目前已运行全球首个全超导托卡马克EAST装置。

今年4月12日21时，EAST装置实现了高功率温度下稳态长脉冲高约束模式等离子体运行403秒，创造了托卡马克装置稳态高约束模运行新的世界纪录。

去年12月5日，美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）科学家首次成功在核聚变实验中实现“净能量增益（Net Energy Gain）”，即受控核聚变反应产生的能量超过驱动反应发生的激光能量（Q>1），这一时刻被称为“聚变点火”。

不同于托卡马克，美国的设施采用惯性约束聚变技术路线，即用超大功率激光器产生激光束，射向一个含氘氚的氢球形靶丸上使其崩溃，并产生1亿摄氏度左右的高温，从而触发氢原子聚变，释放大量能量。

今年7月和10月，LLNL累计三次重现了聚变点火。