中國大型反場箍縮磁約束聚變實驗裝置在合肥開始總裝

可控核聚變是當代世界最前沿的科技領域，由於其對技術要求的極端苛刻，到目前為止仍處於前期預研階段，而且學術界有“核聚變距離成功永遠有25年”的説法。目前世界各國投入研究力量最大的是磁約束核聚變，而這其中託卡馬克裝置則被認為是最有希望在未來取得突破的一種可控核聚變發電裝置結構。而在託卡馬克基礎上研製的反場箍縮磁約束聚變實驗裝置（英文：Torus Experiment）則是這一領域的最新成果，美國在1999年投入使用的“國家球形環實驗”裝置是世界首個此類裝置。今天，據中國科大新聞網報道，我國的KTX（中文簡稱“科大一環”）裝置已經進入最後整體安裝調試階段。這一成果也許仍未改變“可控核聚變距離現在還有25年”的現狀，但這意味着中國在這一領域與世界領先國家的差距又有縮小。在可控核聚變領域，中國和美國目前是世界上投入最大的兩個國家，據公開報道，中國目前已知的大型核聚變實驗裝置已有16個，僅次於美國的28個，第三名俄羅斯為5個。

不過觀察者網查詢發現，合肥工業大學2014年的一篇論文（作者王浩，導師宋雲濤、王松可）指出：反向場實驗揭示了許多不同於託卡馬克物理的有趣現象，有的與空間和天體等離子體有密切聯繫，如可能的發電機機制問題。但從實現聚變的角度看，反向場的進展不理想。達到的等離子體參數很低，密度也不高，比壓只有較小的提高（與託卡馬克相比），而能量約束時間僅達毫秒量級。以最大的RFX裝置為例，雖然該裝置尚未在最高參數下運行，今後仍有提高等離子體參數的餘地，但在目前已達到的參數下，等離子體總體參數明顯低於同等歐姆電流下的託卡馬克裝置。這主要是反向場位形下的能量損失過大，雜質不易控制，而這一般是短脈衝實驗的內在缺點，這一缺點可能嚴重阻礙反場位形反應堆應用前景。目前沒有建造更大裝置的規劃，反向場研究已不再作為有可能代替託卡馬克的替代途徑。

以下為中科大新聞網報道：

3月31日，隨着兩個巨大的半環形主體真空室組件在合肥科燁電物理設備製造有限公司組裝車間的順利合龍，我國首台大型反場箍縮磁約束聚變實驗裝置KTX各系統的部件研製建造工作全面完成，進入裝置最後整體安裝調試階段。

KTX裝置主機結構圖

KTX裝置真空室與縱場磁體整體穿插組合及雙C組件合龍成功

反場箍縮磁約束聚變實驗裝置“Keda Torus eXperiment”（KTX，中文簡稱“科大一環”）是科技部“國家磁約束核聚變能發展研究專項”支持的大型裝置建設項目。項目由我校物理學院基礎等離子體物理重點實驗室承擔，中科院等離子體物理所及合肥科燁電物理設備製造有限公司通力合作建設。為了工程的順利實施，根據科技部要求，2011年學校成立了以劉萬東為工程總指揮，丁衞星為首席科學家，謝錦林為總設計師，李弘為總工程師，張平為總工藝師，以及主機、電源、數據採集控制、診斷四個分系統負責人等數十名科技人員組成的工程建設隊伍。經過三年多的艱苦努力，基礎等離子體物理重點實驗室完成了KTX裝置的物理設計，中科院等離子體物理研究所完成了全面的工程設計，科燁公司等建設單位承擔了裝置主體的研製、建造以及安裝工作，工程建設取得了重大進展。

反場箍縮是有別於託卡馬克、仿星器位形的另一類環形磁約束聚變裝置，是先進磁約束聚變位形探索研究的重要平台。反場箍縮最重要的特點是約束等離子體的磁場是由等離子體內部電流所產生，具有純歐姆加熱達到聚變點火條件、高質量功率密度等優勢，是未來磁約束反應堆位形的候選方案。正在建設的KTX裝置大半徑1.4米，小半徑0.4米，磁場可達7千高斯，等離子體電流可達1兆安培，電子温度可達6百萬度，放電時間可達100毫秒。磁體系統由24個縱場線圈、26個歐姆場線圈、12個平衡場線圈以及136個反饋控制線圈組成，最大線圈直徑達7米。KTX裝置主機總體直徑8米，通高6米，總重量超過70噸。

KTX裝置採用真空室雙C 開合可進性設計，解決了當前反場箍縮裝置可進性差、真空室維護更新難、費用高的缺陷，為裝置的先進鋰壁運行提供了必備的實驗條件。KTX裝置突破了以往平衡場窄環條件的制約，實現了既高效驅動等離子體電流又自適應維持等離子體平衡的優化設計，有效提升了歐姆加熱效率，充分發揮了反場箍縮位形歐姆加熱的重要優勢。KTX裝置兼收電流剖面控制和邊界主動反饋控制兩種國際主流控制技術，結合獨特的三維局域渦流診斷手段，具備了極好的三維等離子體運行能力，為深入開展環形裝置三維等離子體物理前沿研究奠定了基礎。裝置的設計的各項指標均達國際同類裝置先進水平。

KTX裝置電源系統是總儲能可達25兆焦耳，輸出功率可達100兆瓦，輸出電流可達50千安的多組脈衝強流電源，採用了先進的精確分組串並聯方式消除磁體間的互感耦合。KTX裝置主要診斷系統包括湯姆遜激光散射系統、太赫茲微波干涉偏轉儀、多通道軟X射線陣列、電磁測量系統以及靜電探針等。KTX裝置採用EPICS架構控制系統以及MDSplus數據管理系統，能完成兩千餘道高速數據採集及在線處理，並應用FPGA技術實現136道主動控制線圈的實時控制。KTX系統主機研製方面，解決了極低誤差場、靈活可控在線烘烤、薄導體殼精密成型、大型輪胎型真空室無縫一體化成型，以及可開合雙C真空室結構、大尺寸線圈成型等關鍵技術難題，高質量完成了裝置主機極向場線圈、縱場線圈、導體殼、反饋控制線圈、支撐系統等關鍵部件研製，為KTX裝置建設總體目標的實現奠定了堅實的基礎。

KTX裝置主機安裝調試

KTX裝置部分建設者在主機安裝現場

KTX是我國完全自行設計、自主研製集成的國際先進反場箍縮裝置。它的建成，將為國內外從事等離子體物理研究的科研人員提供一個全新的大型實驗平台，對我國磁約束聚變領域高端人才培養，發展磁約束聚變能科學技術研究事業具有重要意義。

美國“國家球形環狀試驗裝置”，該裝置1999年投入運行，其數據為：大直徑0.85米；小直徑0.68米，磁場3000高斯，熱功率11兆瓦，等離子電流1.4兆安（讀者可將此與前文中中國KTX裝置相應數據做對比）