国际热核聚变实验计划 七国联手获取“人造太阳”

第一篇：国际热核聚变实验计划 七国联手获取“人造太阳”

国际热核聚变实验计划 ——七国联手获取“人造太阳”

国际热核聚变实验计划

——七国联手获取“人造太阳”工程总投资：100亿美元 工程期限：1985年——2030年热核聚变在太阳上已经持续了50亿年

国际热核聚变实验反应堆计划（International Thermonuclear Experimental Reactor，简称ITER）与国际空间站、欧洲加速器、人类基因组计划一样，是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一。其目的是借助氢同位素在高温下发生核聚变来获取丰富的能源。1985年，由美苏首脑提出了设计和建造国际热核聚变实验堆ITER的倡议；也被称为“人造太阳”计划。

ITER的投资和建设规模之庞大，交叉学科种类之多，实验设备之复杂，都决定了它必须由多国合力完成。该计划约需耗时35年，耗资100亿美元，涉及领域包括超导研究、高真空、生命科学、遥控密封、环境科学、等离子计量和控制、信息通信、纳米材料等多种学科，它的最终选址一直是参与国竞争的焦点。

先后有西班牙、法国、日本和加拿大4个国家提出申请将实验堆建在本国，日本和法国最终入围，加拿大则因没有入围而于2003年12月23日宣布因缺乏资金退出。美国因自认为在核聚变技术上领先其他国家，曾于1999年宣布退出，后又因国内热核聚变研究进展缓慢，担心被ITER甩下，于2003年2月18日重新加入。中国也在同日正式入盟。

2005年6月28日，在计划提出20年，选址耗时18年后，ITER的建设地点终于花落法国的卡达拉舍，它将成为世界第一个产出能量大于输入能量的核聚变装置，为制造真正的反应堆作准备。合作承担ITER计划的7个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国，这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家，覆盖的人口接近全球一半。为建设ITER，各参与方专门协商组建了一个独立的国际组织，各国政府首脑在过去几年中都采取不同方式对参加ITER计划作出过正式表态。这些都是国际科技合作史上前所未有的，充分显示了各国政府和科技界对该计划的高度重视。

ITER计划的实施结果将决定人类能否迅速地、大规模地使用聚变能，从而可能影响人类从根本上解决能源问题的进程。可控核聚变简介

核能包括裂变能和聚变能两种主要形式。裂变能是重金属元素的质子通过裂变而释放的巨大能量，目前的核电站都是采用裂变方式获取电能。因为裂变需要的铀等重金属元素在地球上含量稀少，而且常规裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。另一种核能形式是目前尚未实现商用化的聚变能。核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。

如果说重原子核在中子打击下分裂放出的“裂变能”是当今核电站及原子弹能量的来源，则两个轻原子核聚合反应放出“核聚变能”就是宇宙间所有恒星（包括太阳）释放光和热及氢弹的能源。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素——氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年。氘在地球的海水中藏量丰富，多达40万亿吨，一公升海水里提取出的氘，在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300公升汽油的能量；如果全部用于聚变反应，释放出的能量足够人类使用几百亿年，而且反应产物是无放射性污染的氦。理论上，只需要1千克氘和10千克锂，就能以1000兆瓦的功率发电1天——或者你更愿意烧上1万吨煤？即使考虑运营成本、打上很多折扣，核聚变的能量产出也非常可观。一旦实用化，人们可以完全不必担忧“几百年里石油会用光”之类的事。而且石油的分布太不均匀，国际上很多麻烦由此而起，人们如果不再依赖它，也许会相处得和睦些。另外，由于核聚变需要极高温度，一旦某一环节出现问题，燃料温度下降，聚变反应就会自动中止。也就是说，聚变堆是次临界堆，绝对不会发生类似前苏联切尔诺贝利核（裂变）电站的事故，它是安全的。因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。受控热核聚变能的大规模实现将从根本上解决人类社会的能源问题。氢弹爆炸产生的蘑菇云，氢弹即为核聚变的形式之一。

其实，人类已经实现了氘氚核聚变——氢弹爆炸，但那种不可控制的瞬间能量释放只会给人类带来灾难。人类需要的是实现受控核聚变，以解决能源危机。聚变的第一步是要使燃料处于等离子体态，即进入物质第四态。等离子体是一种充分电离的、整体呈电中性的气体。在等离子体中，由于高温，电子已获得足够的能量摆脱原子核的束缚，原子核完全裸露，为核子的碰撞准备了条件。当等离子体的温度达到几千万摄氏度甚至几亿度时，原子核就可以克服斥力聚合在一起，如果同时还有足够的密度和足够长的热能约束时间，这种聚变反应就可以稳定地持续进行。等离子体的温度、密度和热能约束时间三者乘积称为“聚变三重积”，当它达到1022时，聚变反应输出的功率等于为驱动聚变反应而输入的功率，必须超过这一基本值，聚变反应才能自持进行。因此，实现“受控热核聚变”首先需要解决的问题是用什么方法及如何加热气体，使得等离子体温度能上升到百万度、千万度、上亿度。但是，超过万度以上的气体是不能用任何材料所构成的容器约束，使之不飞散的，因此必须寻求某种途径，防止高温等离子体逃逸或飞散。具有闭合磁力线的磁场（因为带电粒子只能沿磁力线运动）是一种最可能的选择。对不同设计出的“磁笼”中等离子体运动行为及防止逃逸的研究（即所谓稳定性研究），成为实现受控热核聚变的第二个难点。如果要使高温等离子体中核聚变反应能持续进行，上亿度的高温必须能长时间维持（不论靠聚变反应产生的部分能量，或外加部分能量）。或者可以说，等离子体的能量损失率必须比较小。提高磁笼约束等离子体能量的能力，这是论证实现磁约束核聚变的科学可行性的第三个主要内容。除了验证科学可行性外，建设一个连续运行的聚变反应堆还需要解决加料、排废、避免杂质、中子带出能量到包层、产氚及返送以及由于聚变反应产生大量带电氦原子核对等离子体的影响等一系列科学和工程上的难题。

可控热核聚变能的研究分惯性约束和磁约束两种途径。惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内辐照靶板来产生聚变。这一方法把几毫克的氘和氚的混合气体装入直径约几毫米的小球内，然后从外面均匀射入激光束或粒子束，球面内层因而向内挤压。球内气体受到挤压，压力升高，温度也急剧升高，当温度达到需要的点火温度时，球内气体发生爆炸，产生大量热能。这样的爆炸每秒钟发生三四次，并持续不断地进行下去，释放出的能量就可以达到百万千瓦级的水平。这一理论的奠基人之一就是我国著名科学家王淦昌。磁约束是利用强磁场可以很好地约束带电粒子这个特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，在其中将聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。从20世纪40年代末起，各国就开发了多种磁笼途径，并由之出发，对聚变能科学可行性展开了不同规模的理论与实验探索研究。投入科学家及工程师上千人，经费总计每年超过10亿美元。各途径竞争非常激烈，其间纷争不断。在这过程中，人们对实现聚变能难度的认识也逐步加深。但从20世纪70年代开始，前苏联科学家发明的“托克马克”途径逐渐显示出了独特的优点，并在80年代成为聚变能研究的主流途径。托克马克装置又称环流器，是一个由环形封闭磁场组成的“磁笼”。等离子体就被约束在这“磁笼”中，很像一个中空的面包圈，等离子体环中感生一个很大的环电流。随着各国大小不一的托克马克装置的建成、投入运行和实验，托克马克显示了较为光明的前景；在这类装置上做出的物理实验取得了一个又一个令人鼓舞的进展：等离子体温度已达4.4亿度；脉冲聚变输出功率超过16兆瓦；Q值(表示输出功率与输入功率之比)已超过1.25。所有这些成就都表明：在这类装置上产生聚变能的可行性已被证实。但这些结果都是在数秒时间内以脉冲形式产生的，与实际反应堆的连续运行仍有较大的距离，其主要原因在于磁容器的产生是脉冲形式的。科学家们认识到，如果扩大此类装置的规模，有可能获得接近聚变条件的等离子体。

可控热核聚变能研究的一次重大突破，就是将超导技术成功地应用于产生托卡马克强磁场的线圈上，使得这类磁容器磁约束位形的连续稳态运行成为现实。托卡马克装置 托卡马克(Tokamak)是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环性容器。它的名字 Tokamak 来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。早在1954年，在原苏联库尔恰托夫原子能研究所，阿齐莫维齐等人建成了世界上第一个托卡马克装置。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的螺旋型磁场，将其中的等离子体加热到很高的温度，以达到核聚变的目的。相比其他方式的受控核聚变，托卡马克拥有不少优势。1968年8月在苏联新西伯利亚召开的第三届等离子体物理和受控核聚变研究国际会议上，阿齐莫维齐宣布在苏联的T-3托卡马克上实现了电子温度 1 keV，质子温度 0.5 keV，nτ=10的18次方m-3.s，这是受控核聚变研究的重大突破，在国际上掀起了一股托卡马克的热潮，各国相继建造或改建了一批大型托卡马克装置。其中比较著名的有：美国普林斯顿大学由仿星器-C改建成的 ST Tokamak，美国橡树岭国家实验室的奥尔马克(Ormark)，法国冯克奈-奥-罗兹研究所的 TFR Tokamak，英国卡拉姆实验室的克利奥(Cleo)，西德马克斯-普朗克研究所的 Pulsator Tokamak。貌似很顺利吧？其实不然，要想能够投入实际使用，必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行，我们称作能量增益因子——Q值。当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西，搞了十几年，也没有得到能量输出，直到1970年，前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出，不过要用当时最高级设备才能测出来，Q值大约是10亿分之一。

别小看这个十亿分之一，这使得全世界看到了希望，于是全世界都在这种激励下大干快上，纷纷建设起自己的大型托卡马克装置，欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20（后来缩水成了T15，线圈小了，但是上了超导），日本的JT-60和美国的TFTR（托卡马克聚变实验反应器的缩写）。

这些托卡马克装置一次次把能量增益因子（Q）值的纪录刷新，1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘－氚运行实验，使用6：1的氘氚混合燃料，受控核聚变反应持续了2秒钟，获得了0.17万千瓦输出功率，Q值达0.12。

1993年，美国在TFTR上使用氘、氚1：1的燃料，两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦，Q值达到了0.28。

1997年9月，联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录，Q值达0.60，持续了2秒。仅过了39天，输出功率又提高到1.61万千瓦，Q值达到0.65。

三个月以后，日本的JT－60上成功进行了氘－氘反应实验，换算到氘－氚反应，Q值可以达到1。后来，Q值又超过了1.25。这是第一次Q值大于1，尽管氘-氘反应是不能实用的（这个后面再说），但是托卡马克理论上可以真正产生能量了。

在这个大环境下，中国也不例外，在70年代就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号（HL-1）和CT-6，后来又建设了HT-6,HT-6B，以及改建了HL1M，新建了环流2号。有种说法，说中国的托卡马克装置研究是从俄罗斯赠送设备开始的，这是不对的，HT6/HL1的建设都早于俄罗斯赠送的HT-7系统。HT-7以前，中国的几个设备都是普通的托卡马克装置，而俄罗斯赠送的HT-7则是中国第一个“超脱卡马克”装置。

什么是“超托卡马克装置”呢？回过头来说，托卡马克装置的核心就是磁场，要产生磁场就要用线圈，就要通电，有线圈就有导线，有导线就有电阻。托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场，就要给导线通过越大的电流，这个时候，导线里的电阻就出现了，电阻使得线圈的效率降低，同时限制通过大的电流，不能产生足够的磁场。托卡马克貌似走到了尽头。

幸好，超导技术的发展使得托卡马克峰回路转，只要把线圈做成超导体，理论上就可以解决大电流和损耗的问题，于是，使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了，这就是超脱卡马克。目前为止，世界上有4个国家有各自的大型超脱卡马克装置，法国的Tore－Supra，俄罗斯的T-15，日本的JT-60U，和中国的EAST。除了EAST以外，其他四个大概都只能叫“准超托卡马克”，它们的水平线圈是超导的，垂直线圈则是常规的，因此还是会受到电阻的困扰。此外他们三个的线圈截面都是圆形的，而为了增加反应体的容积，EAST则第一次尝试做成了非原型截面。此外，在建的还有德国的螺旋石-7，规模比EAST大，但是技术水平差不多。

2006年9月28日，中国耗时8年、耗资2亿元人民币自主设计、自主建造而成的新一代热核聚变装置EAST首次成功完成放电实验，获得电流200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。ＥＡＳＴ成为世界上第一个建成并真正运行的全超导非圆截面核聚变实验装置。另外托克马克也不都是环形的，长径比到一定程度，就出现了球形的装置，造价低，有效截面大，很可能是未来的发展方向。混合燃料和燃料的来源

核聚变的消耗的燃料是世界上十分常见的东西——氘，也就是重氢。新的问题出现了，仅仅有氘还是不够的，尽管氘-氘反应也是氢核聚变的主要形式，但我们人类现有条件下，根本无法控制氘-氘反应，它太猛烈了，所需要的温度要高得多，除了在实验室条件下一次性的实验外，很难让它链式反应下去——那是氢弹一样的威力。还好，人们发现了氘-氚反应的烈度要小很多，它的反应速度仅仅是氘-氘反应的100分之一，而点火温度反倒低得多，很适合人类现有条件下的利用。

一个问题接着一个问题，氚不同于氘，在地球上几乎没有，现在人类的氚都是人工制造而非天然提取的，人们通常是用重水反应堆在发电之余人工制造少量的氚——它是地球上最贵的东西之一，一克氚价值超过30万美元。这么贵的原料，显然是无法接受的，幸好上帝给人类又提供了一种好东西——锂，锂的2种同位素在被中子轰击之后，就会裂变，他们的产物都是氚和氦，目前为止人类在重水堆中制造氚，用的就是将锂靶件植入反应堆的方法。

回核聚变上，氚和氘反应后，除了形成一个氦原子核之外，还有一个多余的中子，并且能量很高。好了，我们只需要在核聚变的反应体之内保持一定比例的锂原子核浓度，那么核聚变产生的中子就会轰击锂核，促使锂核裂变，产生一个新的氚，这个氚则继续参与氚-氘反应，继而产生新的中子，链式反应形成了。所以，理论上我们只需要给反映体提供两种原料——氘和锂，就能实现氘-氚反应，并且维持它的进行。

这两种原料还是比较容易取得的，氘在海水中的含量还是比较高的，我们只需要通过精馏法取得重水，然后再电解重水就能得到氘。而锂的资源总量虽然不如氘多，但是更容易取得一些，一方面海水中就包含足够的氯化锂，分离出来即可。另一方面，碳酸锂矿也不是稀有资源，更容易获得。

由于聚变能的研究不仅关系到最终解决人类能源问题，而且还涉及众多最先进且非常敏感的技术，因此，ITER计划的形成除与科学技术本身的发展有关外，还始终与主要大国在政治和外交方面的考虑分不开。本文将主要从科学和技术角度作一些分析和说明。

1985年，作为结束冷战的标志性行动之一，前苏联领导人戈尔巴乔夫和美国总统里根在日内瓦峰会上倡议，由美、苏、欧、日共同启动“国际热核聚变实验堆（ITER）”计划。ITER计划的目标是要建造一个可自持燃烧（即“点火”）的托克马克核聚变实验堆，以便对未来聚变示范堆及商用聚变堆的物理和工程问题作深入探索。

最初，该计划仅确定由美、俄、欧、日四方参加，独立于联合国原子能委员会（IAEA）之外，总部分设美、日、欧三处。由于当时的科学和技术条件还不成熟，四方科技人员于1996年提出的ITER初步设计很不合理，要求投资上百亿美元。1998年，美国出于政治原因及国内纷争，以加强基础研究为名，宣布退出ITER计划。欧、日、俄三方则继续坚持合作，并基于上世纪90年代核聚变研究及其他高新技术的新发展，大幅度修改实验堆的设计。2001年，欧、日、俄联合工作组完成了ITER装置新的工程设计（EDA）及主要部件的研制，预计建造费用为50亿美元（1998年价），建造期8至10年，运行期20年。其后，三方分别组织了独立的审查，都认为设计合理，基本上可以接受。

2002年，欧、日、俄三方以EDA为基础开始协商ITER计划的国际协议及相应国际组织的建立，并表示欢迎中国与美国参加ITER计划。中国于2003年1月初正式宣布参加协商，其后美国在1月末由布什总统特别宣布重新参加ITER计划，韩国在2005年被接受参加ITER计划协商。以上六方于2005年6月签订协议，一致同意把ITER建在法国核技术研究中心Cadarache，从而结束了激烈的“选址大战”。印度于2006年加入ITER协商。最终，七个成员国政府于2006年5月25日草签了建设ITER的国际协定。目前国际组织正在组建，总干事和副总干事人选已确定。还有一些国家也正在考虑参加ITER计划。法国VS日本，选址大战

为了方便运作，ITER自然要建设在参与国之一的领土上。承建ITER的好处很多，巨额工程合同还只是短期的小利，更重要的是本国核能研究事业将得到巨大促进、确保世界领先地位。起初有4个竞争地点，分别在法国、西班牙、日本和加拿大。美国因为法国不支持打伊拉克，在ITER的问题上给法国使绊儿，先说支持西班牙，后来西班牙在欧洲的内部竞争中被淘汰后，又转而支持日本。选址谈判一度陷入三对三的僵局，美、韩支持日本，而俄、中力挺法国。媒体开玩笑说“道路迷路了”。

在技术上当然是法国比较有优势，其核能工业世界领先，国内大部分电力来自核电，可谓履历优良。卡达拉舍本来就是法国核能研究的重地，气候良好，交通便捷，位于普罗旺斯的艾克斯附近。后者是著名的大学城、塞尚的故乡。此外，法国发生地震的危险比日本要小。但欧洲内部的政治问题，加上公众不太齐心，也使法国的方案有弱点。

日本提出的建设地点在青森县六所村，青森县位于本州岛东北部，与北海道隔海相望，稍嫌偏僻，不免让人疑虑其交通、供电等配套服务是否能满足ITER的需求。但日本也有优势，聚变研究很有成果，它的JT-60托卡马克可与其他国家任何一流的托卡马克装置相比。更重要的是，日本资源短缺，在开发新能源的问题上比别的国家急切得多，国家固然不惜代价，公众也对申请建造ITER非常支持。日本还试图说服中国认为，ITER建在亚洲将有利于中日双方。

法国和日本互不相让，足足僵持了一年半。其间欧盟于2004年底放出狠话，说再谈不拢就要撇开日、美，跟支持自己的伙伴单干。理论上讲，欧、俄、中三方联手，确实有单干的实力。日本这下有点扛不住了，加上小布什连任成功，感觉事易时移，需要对欧洲示好，于是不再支持日本。这下子，竞争双方强弱立判。日本原先坚决不肯谈论ITER建在法国的可能性，现在不得不让步，最终退出竞争。6月28日于莫斯科举行的六方会谈上，卡达拉舍终于被确定为ITER的建造地点。法国人非常高兴，希拉克亲赴卡达拉舍表示祝贺，一位负责科学家得意洋洋地对媒体说“这个地方无与伦比。”

不过，日本的屈服也得到了优厚的补偿。在约55亿美元的ITER建造预算中，欧盟将承担一半（其中包括法国的10%），另一半由美、俄、中、日、韩平摊，每家10%，大多以设备和零件的方式提供。日本将得到20%的零件制造合同，以及20%的科研职位，而不是按出钱的份额只占10%。欧盟还同意支持由一位日本人来担任ITER组织的负责人。中国分摊部分中的70%以上由我国制造的ITER零部件折算，10%由我国派出所需合格人员折算，需支付国际组织的外汇不到20%。

日本得到的好处超过了它的贡献份份额，这让中国和韩国有点不爽。另一方面，尽管如此，日本科学家还是大失所望，正在寻找出气的对象。有人说一开始把地方选在青森县就是错误的，那里太偏僻了，会让人以为日本不够重视这个工程。还有人怪首相小泉纯一郎缺少个人魅力：法国总理希拉克可以就ITER的价值和重要性侃侃而谈半小时，小泉则只会说“我们想要ITER”。

但无论如何，僵局打破是一件好事，总的来说还是令人高兴的。有关计划尚需各国议会批准，如无意外，在今年内，负责运行ITER的组织就将成立，工程也将正式开始。毕竟从计划提出至今已经20年了，一位业内人士说：“坦率地讲，ITER得快点动工才行，不然当年参加谈判的人们都老得要死掉了。”ITER装置示意图

迈出第一步

作为聚变能实验堆，ITER要把上亿度、由氘氚组成的高温等离子体约束在体积达837立方米的“磁笼”中，产生50万千瓦的聚变功率，持续时间达500秒。50万千瓦热功率已经相当于一个小型热电站的水平，这将是人类第一次在地球上获得持续的、有大量核聚变反应的高温等离子体，产生接近电站规模的受控聚变能。

在ITER上开展的研究工作将揭示这种带有氘氚核聚变反应的高温等离子体的特性，探索它的约束、加热和能量损失机制，等离子体边界的行为以及最佳的控制条件，从而为今后建设商用的核聚变反应堆奠定坚实的科学基础。对ITER装置工程整体及各部件，在50万千瓦聚变功率长时间持续过程中产生的变化及可能出现问题的研究，不仅将验证受控热核聚变能的工程可行性，而且还将对今后如何设计和建造聚变反应堆提供必不可少的信息。

ITER的建设、运行和实验研究是人类发展聚变能的必要一步，有可能直接决定真正聚变示范电站（DEMO）的设计和建设，并进而促进商用聚变电站的更快实现。

ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克。其装置中心是高温氘氚等离子体环，其中存在15兆安的等离子体电流，核聚变反应功率达50万千瓦，每秒释放多达1020个高能中子。等离子体环在屏蔽包层的环型包套中，屏蔽包层将吸收50万千瓦热功率及核聚变反应所产生的所有中子。在包层外是巨大的环形真空室。在下侧有偏滤器与真空室相连，可排出核反应后的废气。真空室穿在16个大型超导环向场线圈（即纵场线圈）中。

环向超导磁体将产生5.3特斯拉的环向强磁场，是装置的关键部件之一，价值超过12亿美元。穿过环的中心是一个巨大的超导线圈筒（中心螺管），在环向场线圈外侧还布有六个大型环向超导线圈，即极向场线圈。中心螺管和极向场线圈的作用是产生等离子体电流和控制等离子体位形。上述系统整个被罩于一个大杜瓦中，坐落于底座上，构成实验堆本体。

在本体外分布4个10兆瓦的强流粒子加速器，10兆瓦的稳态毫米电磁波系统，20兆瓦的射频波系统及数十种先进的等离子体诊断测量系统。整个体系还包括：大型供电系统、大型氚工厂、大型供水（包括去离子水）系统、大型高真空系统、大型液氮、液氦低温系统等。ITER本体内所有可能的调整和维修都是通过远程控制的机器人或机器手完成。

ITER装置不仅反映了国际聚变能研究的最新成果，而且综合了当今世界各领域的一些顶尖技术，如：大型超导磁体技术，中能高流强加速器技术，连续、大功率毫米波技术，复杂的远程控制技术等等。法国卡达拉舍 ITER计划的科学目标

国际聚变界普遍认为，今后实现聚变能的应用将历经三个战略阶段，即：建设ITER装置并在其上开展科学与工程研究(有50万千瓦核聚变功率，但不能发电，也不在包层中生产氚)；在ITER计划的基础上设计、建造与运行聚变能示范电站(近百万千瓦核聚变功率用以发电，包层中产生的氚与输入的氘供核聚变反应持续进行)；最后,将在本世纪中叶(如果不出现意外)建造商用聚变堆。

ITER计划第一期的主要目标是建设一个能产生50万千瓦聚变功率(能量增益大于10)、重复脉冲大于500秒氘氚燃烧的托卡马克型实验聚变堆。在ITER中将产生与未来商用聚变反应堆相近的氘氚燃烧等离子体，供科学家和工程师们研究其性质和控制方法。在此之前，人们只能在各核聚变实验室中创造和研究没有氘氚燃烧过程的高温等离子体(尽管温度可以足够高)。因此所有以前得到的研究成果，都必须在燃烧等离子体阶段得到验证并进一步发展。这是实现聚变能必经的关键一步。在ITER上得到的所有结果都将直接为设计托卡马

克型商用聚变堆提供依据，也将为其他受控热核聚变途径的发展指出方向。ITER的建造是受控热核聚变研究(包括等离子体物理和等离子体技术)的新阶段，也是人类更接近实现受控聚变能的标志。专家组仔细研究了ITER的物理和技术设计文件，回顾了近二十年来托卡马克聚变物理和技术研究的重大进展，一致认为：ITER计划在未来10年内实现这一目标是有相当把握的。

根据ITER计划，ITER设计还考虑了一些灵活性的安排，可供探索进一步改进燃烧等离子体性能的可能途径，并准备了多种控制燃烧等离子体的手段，使得在ITER运行的第二阶段，可以探索实现具有持续、稳定、高约束的高性能燃烧等离子体。这种高性能的“先进燃烧等离子体”是建造托卡马克型商用聚变堆所必要的。显然，在一些有一定规模的托卡马克(常规磁体或超导磁体)上开展先行实验，对ITER计划第二阶段的进展，即实现先进燃烧等离子体，将有可能起重要作用。

ITER计划在后期还将探索实现高增益(能量增益大于30)的燃烧等离子体。ITER计划的完全实现将为商用聚变堆的建造奠定可靠的科学基础。我国热核聚变研究

我国核聚变能研究开始于上世纪60年代初，尽管经历了长时间非常困难的环境，但始终能坚持稳定、逐步的发展，建成了两个在发展中国家最大的、理工结合的大型现代化专业研究所，即中国核工业集团公司所属的西南物理研究院（SWIP）及中国科学院所属的合肥等离子体物理研究所（ASIPP）。为了培养专业人才，还在中国科技大学、大连理工大学、华中理工大学、清华大学等高等院校中建立了核聚变及等离子体物理专业或研究室。

我国核聚变研究从一开始，即便规模很小时，就以在我国实现受控热核聚变能为主要目标。从上世纪70年代开始，集中选择了托克马克为主要研究途径，先后建成并运行了小型CT-6（中科院物理所）、KT-5（中国科技大学）、HT-6B（ASIPP）、HL-1（SWIP）、HT-6M（ASIPP）及中型HL-1M（SWIP）。最近SWIP建成的HL-2A经过进一步升级，有可能进入当前国际上正在运行的少数几个中型托克马克之列。在这些装置的成功研制过程中，组建并锻炼了一批聚变工程队伍。我国科学家在这些常规托克马克装置上开展了一系列十分有意义的研究工作。

自1991年，我国开展了超导托克马克发展计划（ASIPP），探索解决托克马克稳态运行问题。1994年建成并运行了世界上同类装置中第二大的HT-7装置，最近初步建成了首个与ITER位形相似（规模小很多）的全超导托克马克EAST。超导托克马克计划无疑为我国参加ITER计划在技术与人才方面作了进一步的准备。

“聚变—裂变混合堆项目”于1987年正式列入我国“863”计划，目的是探索利用核聚变反应的另一类有效途径，其中主要安排了一些与未来核聚变堆有关技术的研发。2000年由于诸多原因，“聚变—裂变混合堆项目”被中止，但核聚变堆概念设计以及堆材料和某些特殊堆技术的研究仍在两个专业院所继续进行。EAST

EAST是目前为止，超托卡马克反应体部分，唯一能给ITER提供实验数据的装置，他的结构和应用的技术与规划中的ITER完全一样，没有的仅仅是换能部分。EAST解决了几个重要问题：

第一次采用了非圆型垂直截面，目的是在不增加环形直径的前提下增加反应体的体积，提高磁场效率。

第一次全部采用了液氦无损耗的超导体系。液氦是很贵的，只有在线圈材料上下功夫，尽量少用液氦，同时让液氦可以循环使用，尽量减少损耗的系统才可能投入实用。

此外，EAST还是世界上第一个具有主动冷却结构的托卡马克，它的第一壁是主动冷却的，目前连接的是一个大型冷却塔，它的冷却水可以保证在长时间运行后将反应产生的热量带走，维持系统的温度平衡，一方面是为真正实现稳定的受控聚变迈出的重要一步，另一方面也是工程化的重要标志——冷却塔换成汽轮机是可以发电的。

结合一些相关资料，目前世界这个领域普遍认为EAST将是第一个能长时间稳定运行的，Q值能达到1的托卡马克装置。

就EAST来说，从某种意义上，它就是ITER主反应体大约1/4的一个原型实验装置。自1840年以后，天朝终于也在世界上先进了一把，这就足够值得骄傲了。

人造太阳和中国

我国是一个能源大国，在本世纪内每年的能耗都将是数十亿吨标煤。由于条件限制，在长时间内我国能源生产都将以煤为主，所占比例高达70%。考虑到我国社会经济的长期可持续发展，我们必须尽快用可靠的非化石能源（如核裂变或核聚变能、太阳能、水能等）来取代大部分煤或石油的消耗。因此，必然应该在能力许可范围内积极开展核聚变能的研究，尽可能地参加国际核聚变能的大型合作研发计划（如ITER计划）。我国参加ITER计划是基于能源长远的基本需求。

中国在这个领域有先天的优势，加上机遇很好，走到世界第一集团，不是偶然的。说先天优势，是因为我们有王淦昌先生这样一批理论上的大师，使得我们的基础并不落后。国家对于能源的重视不是一天两天了，自1956年的12年科学规划以来，核聚变的研究已经进行了半个世纪，积累了大量的经验。还有一个上帝送给我们的好礼物：内蒙古白云鄂博的稀土资源。它使得我们的超导工艺和激光技术并不落后——这可是受控核聚变的重要组成部分。说我们机遇好，一方面是当年苏联解体，俄罗斯贱卖家底，我们得到了俄国的HT-7超脱卡马克，使我们跨越性的认识了这一系统。另一方面，国际扯皮使得ITER拖了近20年，我们赢得了追上去的机会，试想1985年ITER正式开建，怎么可能有中国的事情？

苍天已死，黄天当立，中国人在这个关乎人类生存的领域，总算占有了一席之地，希望能良好的发展下去，早日求得正果，若如此，不仅为华夏之福，更是寰宇之大幸也。ITER大事记 1985年，由美苏首脑提出了设计和建造国际热核聚变实验堆ITER的倡议；1988年，通过国际合作，美、苏、欧、日四方开始ITER的设计；1990年，完成了ITER概念设计(CDA)；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；2003年2月18日，中国正式加入该计划；6月，形成延续至今的共建格局；2005年6月28日，中国、日本、韩国、俄罗斯、美国和欧盟6方在莫斯科作出决定，ITER定址法国的卡达拉舍；2007年8月30日，十届全国人大常委会第二十九次会议正式审议通过《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》

视频：国际热核聚变实验堆计划