界面新聞?dòng)浾?｜ 戴晶晶
全球核聚變產(chǎn)業(yè)又有新突破。
12月1日，歐洲聚變能組織(F4E)發(fā)布消息稱，歐洲和日本共同建造和運(yùn)營(yíng)的核聚變反應(yīng)堆JT-60SA投入運(yùn)行。
JT-60SA為托卡馬克裝置，位于日本量子科學(xué)技術(shù)研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（QST）那珂研究所，高15.5米，可以容納135立方米的等離子體。在國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)建成之前，它是目前全球最大的核聚變反應(yīng)堆。
歐盟能源委員卡德里·西姆森(Kadri Simson)在啟動(dòng)儀式上表示，JT-60SA是“世界上最先進(jìn)的托卡馬克”，其啟動(dòng)運(yùn)行是“核聚變歷史上的一個(gè)里程碑”。
“該裝置將使我們離聚變能更近一步?！盝T-60SA項(xiàng)目副負(fù)責(zé)人薩姆·戴維斯(Sam Davis)稱。
核聚變是指輕原子核（例如氘和氚）結(jié)合成較重原子核，同時(shí)放出巨大能量的過(guò)程，其原材料資源豐富，且無(wú)污染排放。因此可控核聚變被一直認(rèn)為是人類解決能源問(wèn)題的重要出路，視為人類“終極能源”。
當(dāng)前可控核聚變技術(shù)路線主要有三種，分別為重力場(chǎng)約束核聚變、激光慣性約束核聚變和磁約束核聚變。其中，磁約束核聚變目前研究的裝置包括托卡馬克、仿星器、反向場(chǎng)箍縮及磁鏡等。
托卡馬克被譽(yù)為“人造太陽(yáng)”，其裝置的中央是一個(gè)環(huán)形的真空室，外面纏繞著線圈，在通電時(shí)內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的螺旋形磁場(chǎng)，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達(dá)到核聚變的目的。
JT-60SA的工作始于2007年，于2020年完成組裝，是歐盟和日本之間的《更廣泛的方法協(xié)議》(Broad Approach Agreement)下的成果。該協(xié)議旨在通過(guò)各種項(xiàng)目促進(jìn)核聚變技術(shù)的發(fā)展。
F4E表示，該項(xiàng)目建設(shè)階段的總成本估計(jì)為5.6億歐元（約合人民幣43億元）。
今年10月，JT-60SA在試驗(yàn)運(yùn)行時(shí)，首次產(chǎn)生了核聚變必需的等離子體。
JT-60SA又被稱為ITER的衛(wèi)星(satellite)托卡馬克項(xiàng)目，意圖通過(guò)一個(gè)互補(bǔ)的研究和開(kāi)發(fā)計(jì)劃，來(lái)支持ITER和其他聚變裝置的運(yùn)行。
ITER是目前世界規(guī)模最大、影響最深遠(yuǎn)的國(guó)際大科學(xué)工程，聯(lián)合中國(guó)、歐盟、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯、美國(guó)七方共同參與建造。中國(guó)于2006年正式簽約加入該計(jì)劃。
不同于ITER計(jì)劃聚變氘和氚，JT-60SA只使用氫和氘開(kāi)展離子體控制實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)是將氣體加熱到2億攝氏度成為等離子體，再使用由28個(gè)超導(dǎo)線圈組成的強(qiáng)大磁鐵系統(tǒng)將等離子體限制約100秒。
F4E資料顯示，JT-60SA將具有這樣的性能——如果使用氘和氚，可以使其達(dá)到或超過(guò)“收支平衡”，即聚變反應(yīng)釋放的功率，將等于或超過(guò)加熱功率。
不過(guò)，QST項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示，JT-60SA還需要兩年才能產(chǎn)生有意義的物理實(shí)驗(yàn)所需的持久等離子體。
中國(guó)目前已運(yùn)行全球首個(gè)全超導(dǎo)托卡馬克EAST裝置。
今年4月12日21時(shí)，EAST裝置實(shí)現(xiàn)了高功率溫度下穩(wěn)態(tài)長(zhǎng)脈沖高約束模式等離子體運(yùn)行403秒，創(chuàng)造了托卡馬克裝置穩(wěn)態(tài)高約束模運(yùn)行新的世界紀(jì)錄。
去年12月5日，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）科學(xué)家首次成功在核聚變實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)“凈能量增益（Net Energy Gain）”，即受控核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過(guò)驅(qū)動(dòng)反應(yīng)發(fā)生的激光能量（Q>1），這一時(shí)刻被稱為“聚變點(diǎn)火”。
不同于托卡馬克，美國(guó)的設(shè)施采用慣性約束聚變技術(shù)路線，即用超大功率激光器產(chǎn)生激光束，射向一個(gè)含氘氚的氫球形靶丸上使其崩潰，并產(chǎn)生1億攝氏度左右的高溫，從而觸發(fā)氫原子聚變，釋放大量能量。
今年7月和10月，LLNL累計(jì)三次重現(xiàn)了聚變點(diǎn)火。