KSTAR
KSTAR（Korea Superconducting Tokamak Advanced Research）是韩国大田研究基地国家聚变研究所的超导托卡马克核聚变装置，被称为“韩国太阳”[a]，它是国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目的一部分。KSTAR是世界上首一个采用新型超导磁体（Nb3Sn）材料产生磁场的全超导聚变装置，磁场强度是使用铌钛系统核聚变装置的3倍多[1][2][3]。核聚变相比核裂变释放的能量更大，而且放射性污染几乎为零，其原料可以直接取于海水，是理想的能源方式[4][5]。KSTAR的成功为韩国的利用核聚变发电奠定了基石。韩国计划在以后30年左右开始利用核聚变发电[6][7][8]。
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| 类型 | 托卡马克 |
|---|---|
| 位置 |  韩国, 大田广域市36°22′21.65″N 127°21′10.65″E / 36.3726806°N 127.3529583°E |
| 技术规格 | |
| 大半径 | 1.8 m |
| 小半径 | 0.5 m |
| 磁场 | 3.5 T (环向) |
| 等离子体加热功率 | 14 MW |
| 等离子电流 | 2 MA |
| 历程 | |
| 运行日期 | 2008年– |
2020年11月23日，韩国聚变能研究所宣布KSTAR将等离子体在高达1亿度的高温下维持了20秒钟[9]，创造了當時的世界纪录[10]。
历史编辑
韩国从20世纪60年代开始开展小规模的实验室等离子实验。70年代晚期，韩国大学先后建造了SNUT79、KAIST、 KT 1、HANBIT等托卡马克装置。1995年，韩国基础科学研究院根据美国麻省理工大学的TARA串级磁镜，建造并安装了中型装置HANBIT。KSTAR由韩国政府1995年投资3090亿韩圆（100億新臺幣、25亿人民币）建造，2007年9月14日竣工，2008年投入运行并成功产生初始等离子体。2009年12月，KSTAR在1000万摄氏度的温度下成功获得了电流为320千安的等离子体放电，持续时间约3.6秒[1][2][3]。2010年11月8日，KSTAR提前一年首次成功实现了等离子体约束状态的H模式。这是世界首次用超导热核实验装置实现H模式，对国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目的进展具有非常重要的价值[11][12]。2012年11月，KSTAR成功验证了ITER CODAC(Control, Data Access and Communication)对托卡马克实施控制的能力，证明ITER CODAC适用于托卡马克设备控制，CODAC的发展方向是正确的[13][14]。
2018年，KSTAR首次成功将等离子体在1亿度的高温下维持1.5秒[9]。2020年11月23日，韩国聚变能研究所宣布KSTAR将等离子体在高达1亿度的高温下维持了20秒钟[9]，创造了新的世界纪录[10]。KSTAR 的最终目标是在2025年实现1亿度的条件下，使超高温等离子体核聚变连续运行300秒[15]。
结构编辑
KSTAR由内室部件、真空室、热屏蔽、超导磁体系统、低温恒温器和辅助系统组成。真空室是双层壁结构，外形呈D形。超导磁体系统包括16个环向场（TF）线圈和6对极向场（PF）线圈，具有强变形的等离子体横截面和双零偏滤器。等离子体加热和电流驱动系统包括可以用于灵活剖面控制的中性束、离子回旋波、低杂波和电子回旋波。等离子体控制和特性计算采用了全套诊断设备计划，以增加科研人员对物理学的了解[1]。
主要参数编辑
| 大半径（Major radius），R0 | 1.8 m |
| 小半径（Minor radius），a | 0.5 m |
| 拉长比（Elongation），κ | 2.0 |
| 三角形变（Triangularity），δ | 0.8 |
| 等离子电量（Plasma volume） | 17.8 m² |
| 等离子体截面（Plasma cross section） | 1.6 m² |
| 等离子体形状（Plasma shape） | DN, SN |
| 等离子电流（Plasma current），IP | >2.0 MA |
| 环向场磁感应强度（Toroidal field），Bθ | >3.5 T |
| 脉冲长度（Pulse length） | >3000 s |
| 等离子体R燃料（Plasma fuel） | H.D.D. |
| 超导（Superconductor） | Nb3Sn, NbTi |
| 辅助加热（Auxiliary heating） | ~28MW |
| 低温（cryogenic） | [email protected] |
注释编辑
参考文献编辑
- ^ 1.0 1.1 1.2 康卫红. 韩国的核聚变研究现状及发展战略 (PDF). 《世界科技研究与发展》. 2014年第36卷第2期 [2015-07-15]. （原始内容存档 (PDF)于2015-07-15）.
- ^ 2.0 2.1 韩热核聚变实验装置进展顺利. 搜狐网. 2009-12-15 [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15）.
- ^ 3.0 3.1 热核聚变研究设备KSTAR实现超标. 韩联社. 2009-12-09 [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15）.
- ^ “核聚变”最近怎么了？. 光明网. 2014-10-20 [2015-07-17]. （原始内容存档于2015-07-20）.
- ^ 聚变能的可控释放可以实现？. 中国环境网. 2015-05-07 [2015-07-17]. （原始内容存档于2015-07-20）.
- ^ 韩国运行核聚变反应堆力图寻找无限清洁能源. 北极星电力网. 2007-10-29 [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15）.
- ^ KSTAR operation & experimental plan. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15） （英语）.
- ^ 韩国托卡马克装置KSTAR建成并开放. 中核网. [2015-07-17]. （原始内容存档于2015-07-20）.
- ^ 9.0 9.1 9.2 김윤수 기자. 2만5860회 실험끝에 한국형 인공태양 'KSTAR' 1억度 20초 유지 세계 최초 성공...핵융합 기술력 세계 최고 달성 쾌거. 朝鲜日报. 2020-11-24 [2020-12-29]. （原始内容存档于2020-11-24） （韩语）.
- ^ 10.0 10.1 环球网. 韩国“人造太阳”成功运行20秒，温度高达1亿度. 搜狐. 2020-12-28 [2020-12-29]. （原始内容存档于2020-12-29） （中文）.
- ^ 韩超导装置首次实现高能量模式. 上海交通大学. 2010-11-26 [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15）.
- ^ 韩超导装置首次实现高能量模式 较预期提前一年. 中央电视台官网. 2010-11-26 [2015-07-17]. （原始内容存档于2015-07-20）.
- ^ ITER CODAC controls KSTAR in real-time. ITER.org. 2012-12-03 [2015-07-15]. （原始内容存档于2017-07-09） （英语）.
- ^ 14.0 14.1 KSTAR Construction History. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15） （英语）.
- ^ IT之家. 韩国 KSTAR 核聚变装置在 1 亿度下运行 20 秒，打破世界纪录. 网易. 2020-12-26 [2020-12-29]. （原始内容存档于2020-12-29） （中文）.
参见编辑
- 韩国核能
- APR-1400