,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,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“超导托卡马克”装置。
那什么是“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,这就是超托卡马克。
目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置,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圆型截面。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。
由于可控核聚变项目研究所需的巨额成本,任何一个单一国家都很难独立承担,因此,从1985年开始,由苏联、美国、日本和欧共体共同提出,联合出资建立世界上第一个试验用的聚变反应堆(iter)。(注意:iter已经不是托卡马克装置了,而是试验反应堆,这是一大进步)
最初方案是2010年建成一个实验堆,实现1500兆瓦功率输出,造价100亿美元。
没想到因为各国想法不同,又恰逢苏联解体,加上技术手段的限制,一直到了2000年也没有结果,其间美国中途退出,iter出现胎死腹中的危险。
直到2003年,能源危机加剧,各国又重视起来,首先是中国宣布加入了iter计划,欧洲、日本和俄罗斯自然很高兴,随后美国宣布重返计划。紧接着,韩国和印度也宣布加入。
2005年iter正式立项,地点在法国的卡达拉申,基本设计不变,力争2015年前全面完成,造价120亿美元,欧盟出40%,法、中、日、美各出10%,剩下的想让别人平摊,但韩国印度不干,力争让俄国也出10%,自己出5%,最终美、日、俄、中、韩、印各出约9%。
r拉丁语含义为“道路”,可见大家对这个东西抱有多大的希望。很有可能,她就是人类解决能源问题的“道路”。
如果iter能成功,下一步就是利用iter的技术,设计和建造示范商用堆,到那时,离真正的商业核聚变发电就不远了。但是iter建设中,还有大量的技术问题需要解决,需要有一个原型可以参考,在此基础上,各国的先进超导托卡马克装置就成了设计iter的蓝本。
当然了,iter的研究远非一个托卡马克装置,它还有很多难题需要攻克。
这里就要说一