在探索清洁能源的征途上,核聚变技术一直被视为人类能源未来的希望之光。最近,国际热核聚变实验堆(ITER)组织发布了一份名为《60 Years of Progress》的文章,它不仅回顾了聚变能源研究在过去一个甲子的辉煌历程,也展望了这一领域未来的发展前景。这份报告的发布,恰逢全球能源转型的关键时期,为我们提供了一个深入了解聚变能源研究进展的窗口。 在过去60年中,聚变研究已经将关键的聚变等离子体性能参数提高了10,000倍;现在研究距离产生聚变电厂所需的性能还不到10倍的差距。 在 1930 年代的第一次聚变实验之后,几乎每个工业化国家都建立了聚变物理实验室。到 1950 年代中期,“聚变机”已在苏联、英国、美国、法国、德国和日本运行。通过在这些机器上的实验,科学家们对聚变过程的理解逐渐加深。 第一批小型设备(1950 年代至 1970 年代)是没有复杂控制系统和技术的基本设备,但它们证明了可以产生高温等离子体并且能量可以受到限制。在这些最初的实验中发现了新的等离子体现象,例如异常传输、不稳定和中断。缩放定律表明,在具有较高磁场的较大器件中,能量限制可能会增加。 世界各地的里程碑 1980 年代的中型托卡马克引入了辅助加热技术的广泛使用。增加偏滤器表明限制性得到改善;还介绍了墙壁调节技术。ASDEX Tokamak 于 1982 年首次实现高密闭模式。新一代大型托卡马克——JET(欧洲)、JT-60(日本)、TFTR(美国)、T-15(苏联)——被建造用于在尽可能接近聚变反应堆的条件下研究等离子体,并根据聚变科学的进步定期升级。引入了超导线圈、氘-氚操作和远程处理等新功能。1991 年,JET 实现了世界上第一个聚变能的受控释放。 此后,世界各地的聚变装置取得了稳步进展。法国的 Tore Supra 托卡马克保持着所有托卡马克中最长的等离子体持续时间记录:6 分 30 秒。日本 JT-60 实现了迄今为止任何设备中最高的聚变三乘积值——密度、温度、约束时间。美国的聚变装置温度已达到数亿摄氏度。直至2000 年代,中国 (EAST) 和韩国 (KSTAR) 的新设施上线。 自 2000 年代以来,ITER 成员的托卡马克计划重新调整了他们的科学计划或修改了他们的技术特性,以部分或全部支持 ITER 的运行。这些机器正在对等离子体操作的先进模式、等离子体-壁相互作用、材料测试和最佳电源提取方法进行研发,为ITER的成功和下一阶段设备的设计做出贡献。(在我们的国际托卡马克研究部分找到这些设备和实验室。)
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