中国核工业
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２００６年·第１２期·总第７６期
国际磁约束核聚变研究始于上世纪５０年代。

国际上将核聚变研究的发展分为六个阶段，即：原理性研究阶段、规模实验阶段、点火装置实验阶段（氘氚燃烧实验）、反应堆工程物理实验阶段、示范反应堆阶段、商用化反应堆阶段。

总体上看，国际磁约束核聚变界正处在点火装置和氘氚燃烧实验阶段，并逐步向反应堆工程实验阶段过渡。

上世纪９０年代，国际磁约束核聚变研究取得了突破性的进展，获得了聚变反应堆级的等离子体参数，初步进行的氘－氚反应实验，得到１６兆瓦的聚变功率。

可以说，磁约束核聚变的科学可行性已得到证
实，有可能考虑建造“聚变能实验堆”，创造研究大规模核聚变的条件已经成熟。

国际聚变研究在完成科学可行性验证后已于１９９６年正式定位为核聚变能源开发，其显著标志是国际原子能机构（ＩＡＥＡ）等离子体物理和受控核聚变研究国际会议于１９９６年正式更名为国际聚变能源大会。

近十年来，各国在托卡马克装置上的核聚变研究不断取得令人鼓舞的进展。

１９９１年１１月９日，欧共体的ＪＥＴ托卡马克装置成功地实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，在氘氚６比１的混合燃料（８６％氘，１４％氚）中，等离子体温度达到３
亿摄氏度，核聚变反应持续了２秒钟，产生了１×１０１８个聚变中子，获得的聚变输出功率为０．１７万千瓦，能量增益因子Ｑ值达０．１１～０．１２。

虽然高峰聚变功率输出时间仅有２秒，但这是人类历史上第一次用可控方式获得的聚变能，意义十分重大。

这一突破性的进展极大地促进了国际托卡马克实验堆计划的开展。

１９９３年１２月９日和１０日，美国在ＴＦＴＲ装置上使用氘、氚各
５０％的混合燃料，使温度达到３亿～４亿摄氏度，两次实验释放的聚变能分别为０．３万千瓦和０．５６万千瓦，大约为ＪＥＴ输出功率的２倍和４
国际核聚变研究开发的现状和发展趋势
本期专题———关注中国核聚变研究
◎撰文·希物
特斯拉、等离子体存在时间２９６０毫秒。

我国聚变研究的中心目标是在可能的条件下促使核聚变能尽早在中国实现。

因此，参加国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）计划应该也只能是我国整体聚变能研发计划中的一个重要组成部分。

国家将在参加ＩＴＥＲ计划的同时支持与之配套或与之互补
的一系列重要研究工作，如托卡马克等离子体物理的基础研究、聚变堆第一壁等关键部件所需材料的开发、示范聚变堆的设计及必要技术或关键部件的研制等。

参加ＩＴＥＲ计划将是我国聚变能研究的一个重大机遇。

尽管就规模和水平来说，我国核聚变能的研究和美、欧、日
等发达国家还有不小的差距，但是我们有自己的特点，也在技术和人才等方面为参加ＩＴＥＲ计划作了相当的准备。

这使得我们有能力完成约定的ＩＴＥＲ部件制造任务，为ＩＴＥＲ计划作出相应的贡献，并有可能在合作过程中全面掌握聚变实验堆的技术，达到我国参加ＩＴＥＲ计划总的目的。

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倍，能量增益因子Ｑ值达０．２８。

与ＪＥＴ相比，Ｑ值又得到很大提高。

１９９７年９月２２日，联合欧洲环ＪＥＴ又创造输出功率为１．２９万千瓦的世界纪录，能量增益因子Ｑ值达
０．６０，持续时间２秒。

仅过了３９天，输出功率又提高到１．６１万千瓦，Ｑ值达到０．６５。

１９９７年１２月，日本方面宣布，在ＪＴ－６０上成功进行了氘－氘反应实验，换算到氘－氚反应，Ｑ值可以达到１．００。

后来，Ｑ值又超过了
１．２５。

在ＪＴ－６０Ｕ上，还达到了更高的等效能量增益因子，大于１．３，它也是从氘－氘实验得出的结果外推后算出的。

２００２年３月，日本在托卡马克型热核聚变基础实验装置“ＴＲＩＡＭ－ＩＭ”上使用高频电流产生出了热核聚变所需要的高温等离子
体电流，国际热核聚变实验堆原先就计划把取消变压器作为研究课题之一，而这一研究成果为简化热核聚变反应堆的设计提供了可能，并可降低建设成本。

目前，国际聚变界共同的看法是，托卡马克是目前约束高温等离子体的领先概念，聚变研究现已进入了实际的能源开发阶段，其目标是开发经济上能与其他能源相比而安全又能被环境接受的实用的聚变堆。

提高聚变堆的经济性和验证其工程可行性是聚变能源商用前必须解决的关键问题，是当前和今后一段时期内国际聚变研究的热点及前沿性课题。

随着各国大小不一的托卡马克装置的建成、投运和实验，托卡马克显示了较为光明的前景，科学家们认识到，如果扩大此类装置的规模，有可能获得接近聚变条件
的等离子体。

国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）正是为扩大装置规模，解决核聚变能源研究与开发中实验、工程及经济性等重大问题应运而生的。

１９８５年，前苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上倡议，由美、苏、欧、日共同启动“国际热核聚变实验堆（ＩＴＥＲ）”计划。

ＩＴＥＲ计划是以建造一个可自持燃烧
（即“点火”）的托卡马克核聚变实验堆，以便对未来聚变示范堆及商用聚变堆的物理和工程问题作深入探索的超大型国际合作磁约束聚变能开发工程。

ＩＴＥＲ工程设计阶段由欧、美、日、俄四方自１９８８年开始，１９９８年完成。

继后，基于托卡马克先进运行模式对ＩＴＥＲ设计进行了改进和优化，并于２００１年完成了
ＩＴＥＲ－ＦＥＡＴ（ＦｕｓｉｏｎＥｎｅｒｇｙ
ＡｄｖａｎｃｅｄＴｏｋａｍａｋ）设计。

与ＩＴＥＲ设计有关的大量研究和开发工作、一系列原型部件模块的成功制造和实验，证明了实验性聚变堆的建造技术是可行的。

ＩＴＥＲ项目采纳了４０多年来世界核聚变研究的成果，建造费用约５０亿美元，设计的聚变功率
５０万千瓦，等离子体持续时间约１０００秒。

ＩＴＥＲ装置将建在法国卡迪拉什，预计建造期１０年，其主要设备已由各谈判参与方提供。

专家估计，若ＩＴＥＲ装置如期建成，示范聚变堆可望在２０４０年前投入运行，在２０５０
年前后聚变电站可实现商用。

本期专题———关注中国核聚变研究
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