ITER项目简介

    国际热核聚变实验堆(International Thermonuclear Experimental Reactor )计划,也就是ITER计划,是仅次于国际空间站的世界第二大国际合作项目和世界上最大的核聚变装置。ITER计划旨在通过可控热核聚变反应获得新的能量来源以解决日益严峻的能源危机。ITER装置设计输入功率为5万千瓦,设计输出功率为50万千瓦,能量转化系数大于等于10,是第一个通过核聚变反应获得清洁能源的装置。ITER装置运行期间将解决核聚变能量商业化应用的若干关键技术问题。

    ITER设计总聚变功率达到50万千瓦,是一个电站规模的实验反应堆。其目标:在和平利用聚变能的基础上,探索聚变在科学和工程技术上的可行性。其作用和任务:用具有电站规模的实验堆证明氘氚等离子体的受控点火和持续燃烧,验证聚变反应堆系统的工程可行性,综合测试聚变发电所需的高热流和核部件,实现稳态运行,从而为建造聚变能示范电站奠定坚实的科学基础和必要的技术基础。

 

A cut-away view of the ITER Tokamak, revealing the donut-shaped plasma inside of the vacuum vessel. (Click to view larger version...)

ITER装置的剖面图,显示了真空室内的环状等离子体。

1.ITER计划的科学目标

    ITER运行第一阶段的主要目标是建设一个能产生50万千瓦聚变功率、有能力维持大于400秒氘氚燃烧的托卡马克聚变堆。在ITER装置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,科学家和工程师将研究其特性和控制方法。这是实现聚变能商业化的关键前提。在ITER装置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。ITER装置的建造是受控热核聚变研究的新阶段,也是人类更接近实现受控聚变能的标志。 

    ITER运行的第二阶段将探索实现具有持续、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需的。ITE计划在后期还将探索实现高增益的燃烧等离子体。

    ITER计划科学目标的实现将为商用聚变堆的建造奠定可靠的科学和工程技术基础。

ITER计划的主要技术指标

总聚变功率

50万千瓦

Q(聚变功率/加热功率)

10

14MeV中子平均壁负载

0.57MW/m2

每次燃烧时间

>500秒

等离子体大半径

6.2米

等离子体小半径

2.0米

等离子体电流

15MA ( 17MA )

小截面拉长比

1.7

等离子体中心磁场强度

5.3特斯拉

等离子体体积

837立方米

等离子体表面积

678平方米

 

2. ITER计划的工程技术目标

 

    ITER计划的另一重要目标是通过创造和维持氘氚燃烧等离子体,检验和实现各种聚变技术的集成,并进一步研究和发展能直接用于商用聚变堆的相关技术。

    在过去十余年中,与建设ITER有关的技术研发已经基本完成。目前建造 ITER 的技术基础已经基本具备。ITER现有的工程设计有相当坚实的技术基础,是完全可以实现的。ITER计划在技术上的另一重要任务是检验各个部件在聚变环境下的性能,包括辐照损伤、高热负荷、大电动力的冲击等,以及发展实时、本地的大规模制氚技术。上述工作是设计与建造商用聚变堆的前提,而且目前只能在 ITER上开展。

    国际上对ITER计划的主流看法是:建造和运行ITER的科学和工程技术基础已经具备,成功的把握较大。再经过示范堆、原型堆核电站阶段,聚变能商业化应用可在本世纪中叶或稍晚实现。

3. 中国的实物贡献

 

ITER计划谈判结束后,各方就ITER计划各阶段成本估算和分摊比例达成一致意见:

建造阶段:东道主欧盟承担总费用的45.56%,其他六方各承担9.09%;

其他三个阶段:东道主承担34%,日本和美国各承担13%,其他各方各承担10%。

在建造阶段,贡献形式主要为实物贡献,各方共同承担ITER装置的部件研制和安装调试。经充分的讨论与协商,考虑到各方的研究制造能力、优先级别以及政治因素等,最终就ITER装置建造任务的分摊达成一致意见:欧盟、日本、中国、印度、韩国、俄罗斯和美国分摊比例为4:2:1:1:1:1:1。根据最后谈判结果,以及截止到2010年初ITER组织及各方认同的采购安排的调整,中方目前承担的采购任务(采购包)有12个:

l           磁体支撑系统 (Magnet Supports)

l           校正场线圈 (CC: Correction Coils)

l           磁体馈线系统 (Feeders)

l           磁体馈线与校正场线圈导体 (Feeder&CC conductors)

l           环向场线圈导体 (TF: Toroidal Field coil conductors)

l           极向场线圈导体 (PF: Poloidal Field coil conductors)

l           包层第一壁 (FW: First Wall)

l           包层屏蔽模块 (Shield Module)

l           气体注入系统和辉光放电清洗系统 (GIS&GDC: Gas Injection System and Glow Discharge Cleaning System)

l           脉冲(负荷)高压变电站设备 (PPEN: Pulsed Power Electrical Network)

l           交直流功率变流器-磁体线圈电源 (AC/DC Converters)

l           诊断系统 (Diagnostic System)

    在上述12个采购包中一部分是照图加工(BP)任务,ITER组织提供详细设计图纸,我方根据双方约定的进度计划,在规定的时间内完成制造任务并负责运输到指定地点;其他部分采购任务是ITER组织提供功能指标(FS),我方提供详细设计并完成制造任务,包括GIS&GDC、诊断、磁体线圈电源和高压变电站材料等4个采购包。

    截止到2010年5月,我方已与ITER组织签署了5个采购安排协议(Procurement Arrangement,简称PA)。

(以上内容来源:www.iter.org和www.iterchina.cn)