磁约束聚变能系统

1.磁约束核聚变堆的工作原理

磁约束就是用磁场来约束等离子体的带电粒子使其不逃逸出约束体的方法。约束等离子体的磁场就是磁力相互作用的空间。电磁学中常用磁力线描述，带电粒子不能横越磁力线运动，所以带电粒子在垂直于磁场的方向上被束缚住了，但仍可在磁力线方向自由运动。产生带有磁力线约束等离子体的一种方式，这种装置如图6-19所示，表示托卡马克约束原理和约束磁场线圈布置。

2.ITER计划

美苏首脑于1985年提出了建造国际热核聚变实验室ITER的倡议。1998年，美、俄、欧、日四方共同完成了工程设计（EDA）及部分技术预研，根据其设计，预计建设投资为100亿美元。ITER四方在1998年接受工程设计报告后开始考虑修改原设计，力求在满足主要目标的前提下，大幅度降低建设投资。1999年美国宣布退出ITER计划，欧盟等国、日、俄经过三年努力，完成了ITER-FEAT（ITER-Fusion Energy Advanced Tokamak）的设计及大部分部件与技术的研发，将造价降至约46亿美元，并建议建造一个新的实验装置ITER（其设计如图6-20所示），使之能够持续数分钟产生几十万千瓦的巨变能。目前，国际上参加ITER计划的正式成员国家包括欧盟等国、日本、俄罗斯、中国、韩国、美国和印度。2005年正式选定法国Cadarache为ITER的厂址，计划于2018年左右建成，ITER计划的实施已经进入实质性阶段。

图6-19　托卡马克约束原理

图6-20　ITER总体装置

ITER是基于超导托卡马克概念的装置，其磁场由浸泡在－269℃的低温液态氦中的超导线圈产生。ITER计划的等离子放电间隔是400秒，足以提供令人信服的科学和技术示范。等离子中的环流达到1500万A。等离子体采用电磁波或高能粒子束加热，允许等离子体在堆芯被加热到超过1亿千瓦·时，核聚变反应由此热量产生，注入ITER装置的热功率是50 MW，产生的核聚变功率是500 MW，能量增加10倍。ITER装置的燃料是氘和氚，ITER作为世界上第一个热核聚变实验堆，它将为人类发展聚变动力提供重要的工作实验平台。

3.磁约束核聚变能发电的前景

由于ITER的国际合作框架已经确定，厂址已经选定，国际合作研发协定也已经签署。虽然全球科学界主流对ITER能否达到预期的验证“磁约束核聚变发电可行性”的目标持乐观的态度，但同时也有一部分人持谨慎的怀疑态度。