本文作为可控核聚变系列深度的次篇,尝试探讨一个核心议题:可控核聚变何时能够实现?一个简单回答是:在新一代托卡马克装置建成之前,任何预测都显得为时过早。然而若必须给出一个时间框架,稳健的回答或许在2035至2040年之间,激进的回答或许在2030年左右。
围绕这一终极问题,衍生出一系列子问题,本文将尝试逐一回答:
1、追溯人类研究核聚变的历史,为何可控核聚变至今尚未实现?
2、全球最大的核聚变实验装置——国际热核聚变实验堆(ITER)的诞生背景及其
建设进程始终低于预期的原因?
3、商业聚变公司的定位是什么,其中具有代表性的企业有哪些?
4、中国核聚变研究的主力军是谁,分别对应哪些重要的托卡马克装置?
1.追溯人类研究核聚变的历史,为何可控核聚变至今尚未实现?
1.1.前期摸索阶段:第二次世界大战后至20世纪60年代
为了实现可控核聚变,人类在20世纪60年代尝试了多种技术路径,开启了可控核聚变技术探索的百花齐放时代。这一时期,各国科学家积极探索不同的技术方案,试图找到一种能够有效控制核聚变反应的方法,包括磁镜、箍缩以及仿星器技术等等。
在众多技术路径竞相发展的前夕,托卡马克技术凭借卓越的性能脱颖而出,如今已成为可控核聚变研究领域最主流的技术路线。追溯其发展历程,1958年,首台托卡马克装置T-1正式投入运行,进入20世纪60年代中期,第三代托卡马克T-3的设计迎来重大突破,其性能大幅提升。苏联科学家在T-3托卡马克上取得了电子温度lkeV、质子温度0.5keV,以及nt=10⁸m-³.s的显著成果,这一突破在国际上引发了托卡马克技术的热潮。此后,各国纷纷投入资源,建造或改建了一批大型托卡马克装置。
1.2.聚变研究热潮:20世纪60年代至90年代
自20世纪60年代至90年代,可控核聚变研究迎来了黄金发展期。在此期间,衡量聚变装置性能的核心指标——聚变三重积(nTTE,即等离子体密度、温度与约束时间的乘积)呈现出惊人的指数增长态势。全球主要聚变实验装置的三重积指标平均每1.8年即实现翻番,这一发展速度超越了同期的摩尔定律。20世纪80年代,美国TFTR、欧洲JET、日本JT-60等大型托卡马克装置的相继建成,使得三重积指标从70年代的约10¹6keV·s/m³跃升至90年代的约10²¹keV·s/m³,实现了五个数量级的跨越式提升。
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