世界四大核聚变项目

“聚变与气候，对话继续”，这是由ITER组织的COP28聚变能源活动。IAEA总干事格罗西表示，聚变作为一种气候解决方案正在迅速发展，势头越来越猛。该会议强调了聚变能源所达到的关键转折点，以及人们越来越一致地认为，国际聚变伙伴关系是前进的方向。(图源：IAEA)

在阿联酋迪拜举行的第28届联合国气候变化大会(COP28)上，聚变能源在世界舞台上受到了迄今为止最重要的关注。美国总统气候特使约翰·克里发表了题为“包容性聚变能源的未来”的主题演讲，随后进行了小组讨论。聚变的潜力是巨大的。在过去的一年里，各国政府对聚变能研发的资助已经增加，许多私人聚变开发商都在宣传他们的等离子体约束方法的优点。以下，我们将重点关注当今世界四个最大的政府支持的聚变项目：NIF、JT-60SA、JET和ITER。NIF项目

48个光学组件中的两个，用于转换NIF光束线的波长，并将激光聚焦到目标腔室中。(图源：LLNL)

去年12月，美国国家点火设施(NIF)首次实现聚变点火，创造了聚变能试验纪录，有力推动了激光驱动聚变能量的发展前景。今年10月30日，NIF的研究人员创造了一项新纪录，这一次，他们向点火目标发射了比以往任何时候都多的能量——2.2 MJ。这项试验是在过去一年中的第四次点火，产生了3.4MJ的聚变能，是NIF有史以来第二高的中子产额。劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(LLNL)的第二次聚变点火直到7月30日才进行，当时，NIF激光器向目标输送了2.05 MJ的能量，产生了3.88 MJ的聚变能量输出，这是迄今为止实现的最高产量。

NIF的靶室(图源：LLNL)

10月8日，NIF激光器以1.9MJ的激光能量第三次实现聚变点火，产生2.4MJ的聚变能量。NIF和光子科学激光科学与系统工程组织的联合项目主任Jean-Michel Di Nicola说：“我们的研究正处于一条陡峭的性能曲线上。增加激光能量可以让我们有更多的余地来应对燃料舱的缺陷或燃料热点的不对称等问题。更高的激光能量可以帮助实现更稳定的内爆，从而获得更高的产量。”现在的激光已经提供了2.2 MJ的激光能量，该团队正在研究结果，并为下一次试验做准备。JT-60SA项目

JT-60SA设备是欧洲和日本合作的结果，是《更广泛方法协议》的一部分。该设施位于日本中城的国立量子科学技术研究院所在地。(图源：Fusion 4 Energy/QST)

通过日本和欧洲的合作，迄今为止最大的可操作托卡马克实验装置——JT-60SA在日本中城设计和建造，双方选择12月1日通过展示100万安培电流的偏滤器等离子体来隆重启动该设施。欧盟的Fusion 4 Energy解释说，JT-60SA源于欧盟和日本签署的一项名为《更广泛的方法协议》的科学合作，旨在通过合作项目促进聚变能的发展。

设施启用(图源：F4E/QST)

该装置的研制工作于2007年开始，组装工作于2020年完成。从那时起，在等离子体操作之前进行了一系列技术改进。JT-60SA团队在12月1日的新闻稿中解释说，10月23日，该设备中记录的第一个等离子体电流约为130kA。自10月以来进行的测试，旨在优化等离子体击穿，增加等离子体电流，并优化等离子体电流、形状和位置的控制。根据12月1日的公告，“11月初，产生了‘转向’等离子体。在这种配置中，磁场被设置为具有特征的‘X点’零点，从而使逃离磁约束的粒子被‘转向’到特定区域。这有助于提高等离子体纯度、更有效的约束，并最终提高性能。”JET项目

JET托卡马克内部。(图源：EUROfusion)

位于英国牛津郡库勒姆聚变能源中心的欧洲联合环面(JET)是现有的唯一一个已经可以使用氘-氚燃料混合物运行的托卡马克设施，该燃料混合物也将用于未来的聚变发电厂。在JT-60SA开始运行之前，JET一直是世界上最大的在运托卡马克装置。JET数十年的实验优化了氘-氚的聚变反应，并帮助开发了管理燃料滞留、热排放和材料演变的技术。JET于1978年开始建造，1983年(JT-60SA之前40年)实现了第一个等离子体试验。

JET控制室(图源：EUROfusion)

JET的核心是一个真空容器，目前该容器容纳了90立方米的聚变等离子体。多年来，该设施创下了多项纪录，包括1997年创纪录的0.64的Q-等离子体(产生的聚变功率与加热等离子体的外部功率之比)，以及2021年12月创纪录的5秒脉冲内59 MJ的聚变能量输出。高性能氘-氚实验始于1997年，自2011年以来，真空容器的第一个壁由铍和钨制成，取自ITER的建设经验。JET目前正在完成其最后一系列实验，并将于今年年底停止运营，先于计划的2024年开始退役。ITER项目

这张11月初的照片没有显示ITER的建造情况，但已经开始拆除两个环形场线圈和热屏蔽板。(图源：ITER组织)

ITER理事会于11月16日至17日召开会议，审查正在法国卡达拉舍建设的大型国际托卡马克聚变项目的性能，并讨论项目计划基线的更新。ITER总干事Pietro Barabaschi报告了关键部件(真空容器斜角接头和隔热板冷却管)的维修进展，以及正在进行的制造、组装和安装。ITER组织正在努力建立一个新的成本和进度基线，考虑到从过去因新冠肺炎疫情造成的延误中恢复过来，完成一流组件的技术挑战，以及加强组件测试以抵消未来风险。根据11月23日理事会会议的新闻，“工作的关键是更好的装配顺序，让ITER实现最快运行”。

ITER比JT-60SA大得多，比JET还要大。JT-60SA重2,600吨，等离子体体积130立方米，ITER建设完成后将重23,000吨，等离子体容量为830立方米。ITER的建设，也借鉴了JT-60SA和JET。JET中的氘-氚试验帮助了ITER团队，根据ITER组织的说法，ITER“通过合作协议与[JT-60SA]升级项目密切相关，确保其能够从JT-60SA设备的组装、安装、集成调试和运行中学习经验。”ITER现任董事一直关注JT-60SA，并将从其建设中吸取的经验教训带给ITER：Barabaschi和ITER副总干事菅田由隆在加入ITER组织之前，都领导过JT-60SA项目。