可控核聚变被称为“人造太阳”，能用少少量的清洁燃料产生大量能量，被视为解决能源和睦候问题的理想方案。接下来，ITER 计划用 4.5 年完成安装，到 2025 年举行第一次等离子体放电，终极验证核聚变商业化应用的可行性。

来源 ITER 新闻稿、官方网站

编译 闫硕 戚译引

当地时间 7 月 28 日，世界上最大的核聚变装置——国际热核聚变实验反应堆（ITER），在法国南部正式开始组装，这也标志着新能源期间的开始。35 个互助国度的领导人通过视频远程到场了庆典。

近几个月，来自世界各地的组件陆续抵达法国，使得 ITER 的组装启动成为可能。这表明配合参与 ITER 国际研究项目的 35 个国度乐意以这种方式来配合应对天气变化。

太阳通过核聚变产生能量，向地球通报光和热，使地球上的生命得以延续。ITER 就是通过模仿太阳的核聚变历程，以到达产生能量的目的。核聚变可以或许提供清洁、可靠的能源，而且不产生碳排放。核聚变也是宁静的，由于它只需要少量的燃料，而且物理上不存在因熔毁而产生走漏事故的可能。

核聚变的燃料存在于海水和金属锂中，可以连续供应几百万年。一个菠萝巨细的核燃料所开释的能量就相当于 1 万吨煤燃烧开释的能量。

制作和运营一座核聚变反应堆的成本与核裂变反应堆的成本相近，但它产生的废弃物不需要花费高昂的成本和漫长的时间举行处置惩罚。

一旦 ITER 项目完成，它将证实核聚变可以实现范围化商业运作，连续产生能量。

亘古未有的国际互助

上世纪 50 年代，苏联科学家初次提出了托卡马克的观点——磁束缚聚变，今后核聚变能量研究一直是国际上遍及互助的领域。ITER 项目于 2006 年诞生，35 个互助国度包括欧盟成员国（加上英国和瑞士）、中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国。

这些国度总计拥有世界 50% 以上的生齿，全球 80% 以上的海内生产总值（GDP），搜集了大量的专业知识和资源，使制作世界上第一个具有工业范围的核聚变装置成为可能。

法国事东道国。欧盟、英国和瑞士是东道主成员国，它们为 ITER 项目提供了 45% 的资金。其他成员国各出资 9%，即美国、中国、日本、俄罗斯、印度和韩国。

ITER 成员国的孝敬约 90% 以实物情势提供，增长了这个多重呆板的国际庞大性。这个呆板被称为托卡马克（Tokamak），它来自俄语，意为“磁环”。完成后的托卡马克将由 100 多万个部件组成。

为了准备呆板组装，近几个月来，这些亘古未有的巨型部件已经陆续运抵法国。大部门的部件都重达几百吨，长度凌驾 15 米。这些零件是世界各地工场、大学和国度实验室 5 年多来的技能结晶。

托卡马克组件必须满足非常严酷的规范。它们还必须遵照一个庞大的时间表，定时到达法国。ITER 总做事 Bernard Bigot 博士说：“一部门一部门地组装呆板，就像在一个庞大的时间轴上组装一个三维拼图。”

他说：“项目管理、体系工程、风险管理和呆板装配物流的每一个方面都必须协同配合，像瑞士手表一样准确。未来几年，我们有一个庞大的流程需要遵照。”

组装事情将于 2025 年 12 月竣事。到那时，ITER 项目的科学家和工程师们将举行第一次等离子体放电。

托卡马克将提供几多能量？

ITER 项目的核电站将产生约莫 500 兆瓦的热能。如果连续运行并接入电网，产生的能量将转化为约莫 200 兆瓦的电能，足够 20 万户家庭使用。

商业核聚变电站可能接纳稍大一点的等离子体室，一座电站可以提供的电力相当于 ITER 的 10 到 15 倍。一座 2000 兆瓦的核聚变电站可以为 200 万户家庭供电。

而且，核聚变发电厂运行历程中没有碳排放，也就是说不会开释二氧化碳。但是核聚变技能对解决天气变化问题的孝敬取决于核聚变反应堆制作的速率。目前，凌驾 70% 的碳排放来自于能源的使用，凌驾 80% 的能源消耗又来自于化石燃料。

Bigot 博士预测说：“如果核聚变可以或许投入遍及使用，并成为可再生能源的增补，那么电力的使用量将大大提升，由交通、修建和工业所带来的温室气体排放将减少。实现仅使用清洁能源将是我们这个星球的一个奇迹。”

ITER 都有哪些部件？

ITER 组件制作分工，中国主要参与制作磁体馈线（feeder，左上角）和极向场线圈（PF coils，左下角）。图片来源：ITER

｜低温恒温器

由印度制造的低温恒温器（Cyrostat）是托卡马克真空容器和限定超热等离子体的超导磁体周围的“保温瓶”。

它高 30 米，直径 30 米，是有史以来最大的不锈钢真空室。它包罗四个主要部门：底座、下气缸、上气缸和上盖。下筒体的尺寸与巨石阵相当。

低温恒温器的基座部门重 1250 吨，是 ITER 最重的部件。它是第一个被安装到托卡马克坑的主要部件，于 5 月完成安装，以不到 3 毫米的精度固定到位。

｜ITER 磁体

ITER 使用三种精密联合的磁体来容纳、控制、塑造和脉冲出 1.5 亿摄氏度的等离子体。为了实现超导，磁体内部用 -269 摄氏度的液氦举行冷却，这相当于星际空间的温度。

｜环向场线圈

该组件由日本和欧洲制造，其部件来自中国、韩国和俄罗斯。凌驾 40 家公司参与了这 18 个环向场（TF）线圈的制造。

TF 线圈的作用是限定电离等离子体粒子。每一块磁铁都有四层楼高，重 360 吨。首批两个 TF 线圈已于 4 月份从日本和意大利运抵 ITER 现场。

｜极向场线圈

这些环形磁体由中国、欧洲和俄罗斯制造，将安装于 TF 线圈体系之外。极向场（PF）线圈束缚等离子体的形状，并使其阔别壁面。

共有 6 个PF线圈，直径从 10 米到 24 米不等，重量高达 400 吨。第一个 PF 线圈 5 月份从中国运抵 ITER。第二个由欧洲在装配现场制造。

在 ITER China 网站上可以检察全部中国制造的部件。网址：http://www.iterchina.cn/index.html

｜中心螺管

中心螺管（Central Solenoid，CS）由美国制造，这是 ITER 磁体组件中最强盛的一个。它有时被称为 ITER 的“跳动的心脏”，由于它可以或许在等离子体中以长脉冲的情势启动一个强盛的电流。

中心螺管由六个模块组成，组装后将到达 13 米或 18 米高，并附带支持结构，重量将到达一千吨。它的磁力将足以吸起一艘航空母舰。

CS 线圈组相互独立运行，将产生巨大的电磁力，拉向差别的偏向。支持结构所要蒙受的力到达航天飞机升空时推力的两倍。第一个 CS 模块将于 2020 年秋季抵达 ITER 所在地。

｜真空容器

真空容器的部件来自韩国（4  个部件）和欧洲（5 个部件），突出的端口由俄罗斯提供。真空容器是一个密封的、甜甜圈形状的不锈钢腔体。在其内部，等离子体粒子可以不打仗腔壁，不停地旋转。

真空容器的 44 个端口毗连远程操作、诊断、加热和真空体系。容器表里貌的包层模块将屏蔽核聚变反应产生的高能中子。

ITER 真空容器（体积 840 m³）中心容纳的等离子体体积是其他托卡马克装置的 10 倍。第一个真空容器部件于 7 月 21 日抵达法国，呆板开始组装。

｜修建和土木匠程

整个 ITER 工地的修建和土木匠程由欧洲制作，约莫完成了 75%。以下是三个示例。

托卡马克厂房和装配大厅已经完工，上方是一台 170 米高的门式起重机，支持着两台 750 吨重的起重机，用于运输和定位部件。

世界上最大的集中式低温装备，已经完成了 60%。它提供液氮制造超低温，使超导磁体得以运作。这些装备来自中国、印度、瑞典、捷克共和国、芬兰、意大利、日本和法国。超低温管线（cryolines）主要来自印度。

磁体供能转换厂房（Magnet Power Conversion buildings）将交流电转换为直流电，为 ITER 的磁体供能，其电压和电流保持在准确的数值，内部装备由中国、印度、韩国和俄罗斯专门设计。

ITER 中心组织卖力整合来自世界各地的组件来组装 ITER，包括托卡马克自己的组装以及支持体系的并行安装，支持体系包括射频加热、燃料循环、低温、冷却水、真空、控制和高压电气体系。

主要组装活动将在托卡马克大楼举行，ITER 装备将安装在部门嵌入的混凝土生物防护罩中。在装配阶段，这座修建将保持洁净和恒温，以制止最大型的部件出现哪怕最稍微的变形。组装、支持和定位托卡马克组件将用到凌驾 150 个专用工具，其中一些重达 800 吨。

环形托卡马克将分为 9 个子组件，在相近的装配大厅内举行预装配。每一个子组件的弧度为 40 度，其中包罗一块环形真空容器组件、一个掩护性的镀银隔热罩和两个环形磁场线圈。

托卡马克主要部件的尺寸、重量、微小的公差、制造商的多样性以及紧凑的日程摆设，使得 ITER 成为一个巨大的工程和物流挑战。组装 ITER 装备将花费 4.5 年的时间。

核聚变反应堆的事情历程

虽然数百个托卡马克已经被制作，但 ITER 项目中的托卡马克将是第一个实现“燃烧”，或者说自加热等离子体的装置。在核聚变反应中，微小的质量可以转化为巨大的能量，主要反应历程如下：

1. 几克氘和氚气体被注入一个巨大的、甜甜圈形状的反应室，即托卡马克；

2. 加热气体，直到它酿成云状的电离等离子体；

3. 总重量达一万吨的超导磁体制造并控制电离等离子体；

4. 当等离子体到达 1.5 亿摄氏度，就会产生核聚变，这一温度到达太阳焦点温度的 10 倍；

5. 核聚变产生的超高能中子逃逸出磁笼，以热的情势通报能量；

6. 在托卡马克水冷壁内循环的水可以吸收逸出的热量并产生蒸汽，在商业反应堆里，这一历程动员蒸汽涡轮机发电。

参考来源：

https://eurekalert.org/pub_releases/2020-07/tca-soi072320.php