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(jìn)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(diǎn)。以下，我們將重點(diǎn)關(guān)注當(dāng)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(diǎn)火設(shè)施(NIF)首次實現(xiàn)聚變點(diǎn)火，創(chuàng)造了聚變能試驗紀(jì)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(jì)錄，這一次，他們向點(diǎn)火目標(biāo)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(diǎn)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(diǎn)火直到7月30日才進(jìn)行，當(dāng)時，NIF激光器向目標(biāo)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(diǎn)火，產(chǎn)生2.4MJ的聚變能量。NIF和光子科學(xué)激光科學(xué)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(yīng)對燃料艙的缺陷或燃料熱點(diǎn)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(tuán)隊正在研究結(jié)果，并為下一次試驗做準(zhǔn)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(xué)合作，旨在通過合作項目促進(jìn)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(jìn)行了一系列技術(shù)改進(jìn)。JT-60SA團(tuán)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(jìn)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(diǎn)’零點(diǎn)，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(yùn)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(yùn)行之前，JET一直是世界上最大的在運(yùn)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(yīng)，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(jì)錄，包括1997年創(chuàng)紀(jì)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(jì)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(yùn)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(dá)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(jìn)展，以及正在進(jìn)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(jìn)度基線，考慮到從過去因新冠肺炎疫情造成的延誤中恢復(fù)過來，完成一流組件的技術(shù)挑戰(zhàn)，以及加強(qiáng)組件測試以抵消未來風(fēng)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(yùn)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(tuán)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(yùn)行中學(xué)習(xí)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(xùn)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(dǎo)過JT-60SA項目。
