世界上最大的核聚变反应堆终于建成

《黑暗骑士崛起》，《回到未来》，《遗忘》和《星际穿越》有什么共同点？它们是科幻巨著，展示了科学家认为能源的圣杯的技术：核聚变。

自1950年代以来，世界各地的观影者，科学家和清洁能源迷都痴迷于通过创造我们自己的微型太阳来利用锁定在原子内的几乎取之不尽的能量的巨大可能性。不幸的是，实用的核聚变技术仍然只是梦想和遥不可及的幻象。

也就是说，直到现在。

经过35年的艰苦准备和无数次拖延，科学家们终于通过在圣保罗-莱索瓦州开始了世界上最大的聚变反应堆-大型国际热核实验堆（ITER）的为期五年的组装阶段而破土动工。法国杜兰斯。

由6个国家（包括美国，俄罗斯，中国，印度，日本和韩国）资助的ITER将成为世界上最大的托卡马克聚变设备，估计费用约为240亿美元，能够产生约500 MW的热聚变能源最早要到2025年。

实用融合能力

最初，美国和前苏联是最早进行聚变研究的国家，因为它具有发展原子武器的潜力。因此，直到1958年在日内瓦召开的原子与和平会议之前，聚变技术仍处于保密状态。得益于苏联托卡马克的突破，融合研究在1970年代成为“大科学”。

但是，很快就知道，由于高昂的成本和所涉及装置的复杂性，实际的核聚变只能通过国际合作才能取得预期的进展。

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核聚变主要涉及将氢原子粉碎到足以形成氦并释放E = MC2质量能当量的能量。聚变是一个过程，从红矮星到太阳，再到最庞大的超巨星，所有恒星通过升高到4,000,000 K或更高的温度，在其核心中产生大量能量。

核聚变从相同质量的燃料中产生的能量是核裂变的四倍，这种技术涉及分裂原子，目前世界上的核反应堆都采用这种技术。太阳和恒星中巨大的引力为在较低温度下进行聚变创造了正确的条件。然而，地球的质量要小得多（太阳质量的1 / 330,000），引力也较小，这意味着需要数亿开尔文的更高温度来启动核聚变过程并维持其发展。

不幸的是，到目前为止，每个聚变实验都是负能量的，所吸收的能量多于其产生的能量。

ITER是一个核电厂，旨在证明无碳，正能量的聚变能可以成为商业现实。ITER计划使用托卡马克反应堆以磁性方式限制氘-plasma等离子体。

在这里，最大的根本挑战是ITER要获得比聚变等离子体注入的能量更高的聚变等离子体所发射的热量。很自然地想知道这次有什么不同之处使研究人员确信ITER不会只是另一个最终会花费在核聚变的垃圾堆上的昂贵实验。

在过去的一篇文章中，我们报道了ITER科学家已经成功开发了一种新的超导材料-本质上是一种涂覆有钇钡钡铜氧化物（YBCO）的钢带，这使他们能够制造出更小，更强大的磁体。这降低了使聚变反应脱离地面所需的能量。

根据能源融合报告（Fusion for Energy），欧盟将联合用于ITER--18铌锡超导磁体（又称环形场线圈）的联合任务，以容纳1.5亿摄氏度的等离子体。强大的磁铁将产生相当于11.8特斯拉的强大磁场，是地球磁场的一百万倍。将通过200公里的超导电缆连接将近3,000吨的这些超导磁体，并由印度制造的世界上最大的低温恒温器将其保持在-269℃。

欧洲将制造十个环形磁场线圈，日本将制造九个。

23,000吨的托卡马克旨在从50兆瓦的输入加热功率中产生500兆瓦的聚变功率，因此使其具有正能量。

比裂变更清洁？

世界上有440个核裂变反应堆产生约10％的全球电力需求。理论上，类似数量的聚变反应堆可以取代所有燃煤发电厂，目前这些发电厂供应了世界上近40％的电力。

但是聚变反应堆除了具有荒唐的发电能力外，还被吹捧为理想的能源，因为它们不像裂变反应堆那样融化，并且产生的放射性废物少得多，而裂变反应堆过去曾因不受控制的连锁反应而遭受灾难性破坏。

但这具有讽刺意味：裂变核反应堆仍然是聚变反应堆中使用的唯一可靠source来源。

氘developers氘反应比氘氘氘更受聚变开发人员青睐，主要是因为其反应性比氘氘催化反应高20倍，并且所需温度仅为纯氘聚变所需温度的三分之一。与普通水中很容易获得的氘不同，in在自然界中很少见，主要是因为这种氢同位素的半衰期仅为12.3年。

如果成功，ITER将成为世界上第一个不利用天然燃料的电力来源。

看看国际热核实验堆（ITER）和随后的聚变电厂是否会引起传统核能难以摆脱的同样的不确定性，将是很有趣的。

作者Alex Kimani为Oilprice.com提供