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国际热核聚变实验反应堆

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坐标43°42′17.84″N 5°46′9.1″E / 43.7049556°N 5.769194°E / 43.7049556; 5.769194

国际热核聚变实验反应堆
(International Thermonuclear Experimental Reactor)
ITER Logo NoonYellow.svg
ITER participants.svg
三十五个参加的国家
標語 新能源之路(The way to new energy)
成立時間 2007年10月24日
總部  法国, 卡达拉舍
Director-General
Bernard Bigot
網站 www.iter.org
国际热核聚变实验反应堆(ITER)
ITER的托卡马克装置的截面图
类型 托卡马克
大半径 6.2 m
等离子容量 840 m3
磁场 11.8 T (toroidal)
6 T (poloidal)
加热 50 MW
位置 法国普罗旺斯-阿尔卑斯-蓝色海岸大区卡达拉舍

国际热核聚变实验反应堆英语:International Thermonuclear Experimental Reactor,缩写为英语:ITER)它是一个国际核聚变研究和巨型工程,将成为世界上最大的磁约束等离子体物理学实验,这是目前正在建设世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆,邻近于法国南部的卡达拉舍设施[1]。ITER工程的目标是从等离子体物理实验研究,到大规模电力生产的核聚变发电厂的期待已久的转变。“ITER”在拉丁文中意为“道路”,因此这个实验的缩写“ITER”也意味着和平利用核聚变能源之路。

它建立在由TFTR英语Tokamak Fusion Test Reactor歐洲聯合環狀反應爐(JET)、JT-60T-15英语T-15 (reactor)等装置所引导的研究之上,并将显著的超越所有前者。此项目预期将持续30年:10年用于建设,20年用于运行,总花费大约100亿欧元

该项目是被由七个成员实体资助和运行 - 欧盟印度日本中国俄罗斯韩国美国欧盟作为ITER的主办方,贡献的费用有45%左右,和其他六方各贡献约9%[2][3][4]

背景[编辑]

聚变发电有可能提供足够的能量,以满足不断增长的需求,和以可持续的方式做到这一点,并且对环境相对较小的影响。

核聚变有许多潜在的吸引力。首先,它的燃料氢的同位素是相对丰富的,必要的同位素燃料之一——,可从海水中提取,而另一种同位素燃料——,也可能会被使用在核聚变反应本身产生的中子来生成。此外,相对于传统的核反应堆所产生的污染物,核聚变反应堆将生产几乎没有任何二氧化碳或其他大气污染物,它的其他放射性废料产物的寿命很短。

在2006年11月21日,七个成员正式同意资助创造核聚变反应堆[5]。该计划预计将持续30年 —— 10年建造,和20年运行。ITER最初预计将耗资约50亿歐元,但是,原材料价格的上涨和所看到的最初设计的变化,这一数额已经超过三倍而达到了160亿歐元[6]。反应堆预计需花费10年时间建造并计划在2019年完成。地点在法国卡达拉舍,并已经开始采购大型部件[7]

核聚变世界记录是被保持在1997年的欧洲联合环形加速器,输出是16MW,总输入24MW(聚變能增益係數英语fusion energy gain factorQ值=0.67),持续不到一秒钟。国际热核实验堆的设计,是生产10倍的回报(Q值=10),从50MW的输入功率上生产出约500MW兆瓦的聚变功率,长脉冲持续时间为400~600秒[8],通过在其约840立方米的反应室聚变约0.5g氘/氚混合物。虽然ITER计划预计将产生(在热的形式)的能量比消耗的来加热等离子体到聚变温度的能量高出10倍以上,它所产生的热量将不被用于产生任何电力[9]。但是作为在历史上所有的聚变实验中的第一个产生净能源的,这将为可以这样的机器做准备之路。

历史[编辑]

国际热核聚变实验反应堆开始于1985年,里根-戈尔巴乔夫[10][11]倡议[11][12]苏联欧盟(通过欧洲原子能共同体),美国日本平等的参与在1988年-1998年的初步设计阶段。 这个项目下一阶段的合作包括建设一个磁核聚变研究的示范反应堆。当时,苏联、欧盟、美国、和日本都在持续进行磁核聚变研究。进行下一步的核聚变研究将超出了任何主要国家的预算,并且国际合作是很有益的。

经过早期的概念和工程上的设计阶段,2001年在国际原子能机构(IAEA)的主持下产生了一个可被接受的详细设计,ITER成员投入了6.5亿美元研发资金用来进行实用性的研究。后来俄罗斯取代了前苏联的位置,美国曾于1999年到2003年之间退出,加拿大于2003年退出,而中国韩国则加入参与开发研究,印度在2005年12月也加入了该计划。

2006年5月24日[13],参加这一项目的欧盟、美国、中国、日本、韩国、俄罗斯和印度7方代表草签了一系列相关合作协议,标志着这项计划开始启动。欧盟承担50%的费用,其余6方分别承担10%,超出的10%用于支付建设过程中由于物价等因素造成的超支。11月21日[14],参加国际热核聚变实验反应堆计划的7方代表在法国总统府正式签署了联合实验协定及相关文件。

2007年9月24日中国作为第七个参与国批准了该协定,这意味着三十天后即2007年10月24日开始,国际热核聚变实验反应堆合作协定正式开始实施,国际热核实验反应堆组织也于当天正式成立。

目标[编辑]

核聚變產生的能量極大抵過10萬座裂变式核電廠

国际热核实验堆的使命是展示聚变发电的可行性,并证明它可以不造成负面影响。具体而言,该项目的目标是:

反应堆的规格[编辑]

计划中的等离子体的参数[15]

  • 等离子体大半径:6.2m
  • 等离子体小半径:2.0m
  • 等离子体容量:840m3
  • 等离子体电流:15.0MA
  • 轴向环形磁场强度:5.3T(特斯拉)
  • 聚变功率:500MW
  • 等离子体维持时间:>400秒
  • 能量倍增因数(Q值):>10

(来源:www.iter.org)

时间轴和现状[编辑]

  • 在1985年推出,[16] ITER项目正式被同意并资助于2006年按照一个成本估算为€100亿($128亿)预测施工开始于2008年,10年后完成。[5]
  • 1988年概念设计活动执行从1988年[17]至1990年。
  • 1992年工程设计活动正式开始[18]
  • 然而,在2013年,该项目的运行已有许多拖延和预算超支。这一设施现在仍预计没有开始运营直到2027年 - 在最初预期的11年后。[19]
  • 在2014年2月,《纽约人》杂志公布了ITER管理评估报告,列出11必需的建议,例如:“创建项目文化”,“灌输核安全文化”,“发展一个现实的ITER项目计划”和“简化并减少官僚作风”。[20] 美国考虑退出,但2015年仍然资助ITER。[21]
时间轴
日期 事件
2006-11-21 7个成员正式同意资助建造一个核聚变反应堆。[5]
2008 场地整理开始, ITER日程的开始。[22]
2009 场地整理完成。[22]
2010 托卡马克建筑的挖掘开始。[16]
2013 托卡马克建筑的施工开始。[22]
2015 托卡马克组装开始[23]
2019 预测:托卡马克组装完成,环面抽真空启动。[22]
2020 预测:成就第一个等离子体[22]
2027 预测:启动氘-氚操作。[22]

成员[编辑]

35个国家参加的ITER项目.
法国卡达拉舍的位置(红点标记)。

当前成员[编辑]

地点[编辑]

2005年6月28日,参与实验项目的中国俄罗斯欧盟韩国美国日本在俄罗斯莫斯科最终签订协议,决定在法国南部普罗旺斯-阿尔卑斯-蓝色海岸大区(Provence-Alpes-Côte-d'Azur)的卡达拉舍(Cadarache,位于马赛附近)建造实验反应堆。国际热核聚变实验反应堆设施的建设开始于2007年,而托卡马克装置本身的组装被规划开始于2015年[7]

聚变能源英语Fusion for Energy是负责该项目的欧洲贡献的欧洲联盟机构,位于西班牙巴塞罗那

聚变功率[编辑]

一个单元的等离子容器壁。

ITER将使用环形加速器产生温度超过10亿摄氏度的氢等离子体,它将产生大约5億瓦特(500 MW)的核聚变能量,维持大约500秒。相比较而言欧洲联合环形加速器(Joint European Torus,缩写:JET)的最高纪录不过是 16 MW 维持了不到1秒。ITER将不会(直接)产生电力。

远景[编辑]

ITER是介于当前的等离子体物理研究,和未来的核聚变发电站之间的一个试验性步骤。它将为在2015年建设第一座可商业运行的等离子发电设备做好技术准备。

这个计划在它30年的运转周期里预料会耗费大约100亿欧元,因此该项目成为人类有史以来继国际空间站之后第二昂贵的国际科学合作项目

与 ITER 同时运行的一个项目是国际聚变材料放射测试设施项目(International Fusion Materials Irradiation Facility,缩写:IFMIF)。IFMIF 用来测试未来开发核聚变电站所要用的一些材料,这些材料适合于在极端状况下工作。ITER 还计划建成一座能够发电的示范性发电站:示范发电站英语DEMO项目("DEMO" 在英语中有 "演示" 的意思)。此后,一座原型电站将首次进行商用发电。

批评和回应[编辑]

整个项目曾经历一些如绿色和平之类的环境组织的反对,他们认为ITER项目是“疯狂而愚蠢的行为”[24]并宣称“核聚变拥有核电站所有隐患,包括产生核废料以及核泄漏的风险”。

类似的项目[编辑]

ITER的前身是欧洲联合环形加速器(JET)[25]Tore Supra[26]

其他规划的及建议的聚变反应堆包括:

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ The ITER project. EFDA, European Fusion Development Agreement (2006).
  2. ^ Amos, Jonathan. (14 October 2010) Key component contract for Iter fusion reactor. BBC. Retrieved 21 May 2013.
  3. ^ ITER – Our Contribution. Europa (web portal). Retrieved 21 May 2013.
  4. ^ Lengthy ITER dispute concludes in favour of France. European Commission press release. Cordis.europa.eu (28 June 2005). Retrieved 21 May 2013.
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Green light for nuclear fusion project. New Scientist. 21 November 2006 [13 September 2009]. 
  6. ^ Deal finalised on fusion reactor. BBC News. 29 July 2010. 
  7. ^ 7.0 7.1 ITER website
  8. ^ The ITER Device
  9. ^ ITER & the Environment
  10. ^ Educational Foundation for Nuclear Science, Inc. Bulletin of the Atomic Scientists. Educational Foundation for Nuclear Science, Inc. October 1992: 9–. ISSN 0096-3402. 
  11. ^ 11.0 11.1 Braams, C.M. and Stott, P.E. Nuclear Fusion: Half a Century of Magnetic Confinement Fusion Research. Taylor & Francis. 2010: 250–. ISBN 978-0-7503-0705-5. 
  12. ^ Plasma 2010 Committee; Plasma Science Committee; National Research Council. Plasma Science: Advancing Knowledge in the National Interest. National Academies Press. 2007: 222–. ISBN 978-0-309-10943-7. 
  13. ^ 卢苏燕,开发新能源的国际热核计划开始启动,新华网,2006年05月25日 00:04:31
  14. ^ 卢苏燕,国际热核计划联合实验协定正式签署,新华网,2006年11月21日 22:05:59
  15. ^ (英文) Technical Parameters with Explanation of Terms, iter.org, 16.
  16. ^ 16.0 16.1 The Geneva Summit. Milestones in the History of the ITER Project. ITER. November 1985 [12 September 2012]. 
  17. ^ A Design for ITER
  18. ^ ITER engineering begins
  19. ^ W Wayt Gibbs. Triple-threat method sparks hope for fusion. Nature. 30 December 2013. 
  20. ^ How to fix ITER. The New Yorker magazine. 28 February 2014 [12 August 2014]. 
  21. ^ US will stay in ITER
  22. ^ 22.0 22.1 22.2 22.3 22.4 22.5 Approved! Council gives project green light to proceed. ITER & Beyond. The Phases of ITER. ITER. September 2012 [12 September 2012]. 
  23. ^ ITER. ITER Project progressing well despite delays (PDF). 19 November 2015 [20 January 2016]. 
  24. ^ Antinuclear campaigners question the safety of Europe's ITER candidate site,EUbusiness,08/12/2003
  25. ^ EFDA-JET. EFDA. 2009 [29 May 2009]. 
  26. ^ Tore Supra. CEA. 
  27. ^ Beyond ITER. iter.org. 
  28. ^ Wendelstein 7-X. Max-Planck-Institut für Plasmaphysik. 3 April 2009 [29 May 2009]. 
  29. ^ National Ignition Facility & Photon Science. Lawrence Livermore National Laboratory. [29 May 2009]. 
  30. ^ HiPER. LMF Project. 2009 [2010-06-02]. 
  31. ^ HiPER. HiPER Project. 2009 [29 May 2009]. 
  32. ^ MAST. Mega Ampere Spherical Tokamak. 2010 [1 February 2010]. (原始内容存档于2010-02-13). 
  33. ^ http://www-naweb.iaea.org/napc/physics/meetings/TM45256/talks/Gao.pdf
  34. ^ Concept design of CFETR superconducting magnet system based on different maintenance ports Science Direct
  35. ^ http://ieeexplore.ieee.org/xpl/login.jsp?tp=&arnumber=6716984&url=http%3A%2F%2Fieeexplore.ieee.org%2Fxpls%2Fabs_all.jsp%3Farnumber%3D6716984
  36. ^ http://aries.ucsd.edu/LIB/MEETINGS/1302-USJ-PPS/Ye.pdf

外部链接[编辑]