ITER:世界上最大的核聚变实验
ITER施工现场 (照片:ITER)
ITER重达23000吨，高近30米，注定会给人留下深刻的印象。该核聚变反应堆以及辅助外壳和设备将一起坐落在一个180公顷场地的中心。国际热核聚变反应堆(ITER)在拉丁语中是“方式”的意思，其巨大规模将大大超过目前正在运行的最大的实验聚变反应堆- -英国的欧洲联合环形反应堆(JET)和日本的欧洲-日本联合核反应堆JT-60SA。
在小型化和优化的时代，为什么有必要建造如此庞大的研究设备?
ITER的主要目标之一是证明核聚变反应产生的能量远远大于启动核聚变反应过程所提供的能量，从而提高整体功率。像ITER这样的反应堆被称为托卡马克，它结合了加热系统、强磁铁和其他设备，在超高温等离子体中产生释放能量的聚变反应。由此产生的磁场束缚并使环形反应堆容器周围的带电粒子旋转，从而使它们发生聚变并产生聚变能。
至于尺寸的问题，较大的托卡马克提供更好的绝缘性并限制聚变粒子更长的时间，因此能比较小的装置产生更多的能量。
反应堆性能的一个重要指标是它的聚变功率增益，或者说是产生的聚变功率和注入等离子体驱动反应的功率之间的比率。它由符号“Q”表示。
到目前为止，JET取得了最好的收益，Q值为0.67，从24兆瓦的加热功率中产生16兆瓦(MW)的聚变功率。然而，发电需要更高的Q值。为了实现这一目标，研究人员正在通过改变温度、密度和限制时间来优化等离子体的状态。
电力的先决条件
在过去50年的核聚变实验中，核聚变装置的性能提高了10万倍，但要达到发电厂所要求的性能水平，还需要再提高5倍。
其中一些改进是实验性聚变反应堆变大的结果。ITER的高度和半径是JET的两倍，它的等离子体体积将增加10倍。采用新颖的设计和创新材料，ITER还将集成一些最强大的等离子加热设备。通过向等离子体注入50兆瓦的加热功率，它的目标是产生500兆瓦的聚变功率，给出至少10英寸的脉冲Q值，每个脉冲大约5-10分钟。
ITER的峰值性能将令人印象深刻，但它只会在很短的时间内达到。为了成为稳定的电力来源，未来的核聚变发电厂将需要持续运行。Q值为5代表一个临界阈值，超过这个阈值，等离子体就开始自我加热，以维持自身的聚变反应。为了更好地理解如何实现这种自我维持的反应，ITER的目标是最终在远远超过10分钟的时间内产生并保持Q值为5。
全球合作
ITER的35个参与国代表了全球超过一半的人口和85%的全球国内生产总值。虽然全球正在进行许多其他较小的核聚变实验，但其中大多数仍在与ITER组织协调、合作或合作。
原子能机构和ITER组织从一开始就有密切的关系，特别是在核聚变研究、知识管理、人力资源开发、教育活动和外联等领域。国际原子能机构还帮助ITER组织与包括未参与该项目的成员国分享其在核安全和辐射防护方面的经验。今年，ITER组织将与法国替代能源和原子能委员会(CEA)共同主办国际原子能机构核聚变能源会议。
希望ITER将证明核聚变发电在科学和技术上的可行性，并根据其分阶段研究计划，将在2025年开始进行其第一次实验。全功率实验将于2035年开始。如果成功，这些发展将会是一个重要的里程碑，它将代表实验研究与首个示范聚变电厂(DEMO)之间的历史性桥梁。设想的DEMO将实现净电能收益。 DEMO型反应堆的多个初步概念已经在考虑中。如果一切按计划进行，它们可能会在本世纪中叶投入运营。
