全球“碳中和”背景下，核聚變發(fā)電作為一個關(guān)鍵的技術(shù)途徑受到廣泛關(guān)注。日本量子科學(xué)技術(shù)研究開發(fā)機構(gòu)(QST)將在今年秋季正式運行新一代熱核聚變實驗裝置(JT-60SA)。屆時，該裝置將成為世界上最大的使用超導(dǎo)線圈的托卡馬克等離子體實驗裝置。核聚變實驗中托卡馬克產(chǎn)生的磁約束聚變等離子體都會有一個特定的形狀，而下一代核聚變堆的研發(fā)面臨的極為重要的技術(shù)瓶頸就是等離子體形狀控制技術(shù)。
等離子體是一種由正離子和自由移動的電子組成的高溫帶電氣體，具有不同于固體、液體和氣體的獨特性質(zhì)。核聚變的主要燃料取自氫的同位素氘(重氫)和氚(超重氫)。簡單來說，核聚變是兩個輕原子核結(jié)合成一個較重的原子核并釋放出巨大能量的過程。核聚變反應(yīng)正是發(fā)生在等離子體的物質(zhì)狀態(tài)中，同時釋放出約為核裂變反應(yīng)4倍左右的巨大能量。穩(wěn)定控制下的核聚變反應(yīng)預(yù)期可以提供幾乎無限的清潔、安全和廉價的能源，被形象地稱為“人造太陽”。
JT-60SA被視為國際熱核聚變實驗堆(ITER)的技術(shù)備份，但采取更為先進的設(shè)計。通過只使用氘開展等離子體控制實驗從而簡化系統(tǒng)，盡管放棄了最具有商業(yè)前景的D-T反應(yīng)，但卻搶先構(gòu)建出了各國在ITER成功后爭相建設(shè)的原型堆。
QST量子能源部門負責人稱，JT-60SA將為ITER的長期運行提供必要的技術(shù)驗證，反映其研究成果。當前目標在于使用氘，維持100秒左右的等離子態(tài)。同時QST還非常關(guān)注一些周邊技術(shù)，比如鋰被普遍認為是核聚變最理想的燃料，QST開發(fā)出了使用特殊陶瓷膜，從海水中回收鋰的技術(shù)。在用膜隔開的水槽一側(cè)放入鹽酸，充分利用兩側(cè)的鋰濃度差進行回收。這項技術(shù)不僅可以用于核聚變反應(yīng)堆，還有望用于制造鋰離子電池。
日本首相岸田文雄在1月的施政演說中，圍繞實現(xiàn)“碳中和”的技術(shù)路線，首次提及了核聚變技術(shù)。據(jù)悉，日本政府面向技術(shù)實用化，正在制定相關(guān)的國家戰(zhàn)略。(李楊)
關(guān)鍵詞： 熱核聚變 實驗裝置 日本量子科學(xué) 技術(shù)研究 開發(fā)機構(gòu)
