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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]。

KSTAR
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 / 36.3726806; 127.3529583
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（朝鲜语：한국핵융합에너지연구원）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

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（朝鲜语：한국핵융합에너지연구원）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

 
托卡马克的磁场和电流。图中所示的是环形场和产生它的线圈（蓝色），等离子体电流（红色）和由它产生的极向场，并且当这些被覆盖在所得的扭曲场。

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

韩国国家聚变研究所核聚变装置KSTAR主要参数[14]
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） 9KW@4.5K

注释

  1. ^ 核聚变是两个小质量的原子核合成一个比较大的原子核，而核裂变是一个大质量的原子核分裂成两个比较小的原子核。太阳所释放出的巨大能量是四个氢原子合为一个氦原子的核聚变过程产生的。原子弹和目前的核电站利用的是核裂变原理。氢弹利用的是核聚变原理。

参考文献

  1. ^ 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. ^ 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. ^ 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）. 
  4. ^ “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）. 
  5. ^ 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）. 
  6. ^ 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）. 
  7. ^ KSTAR operation & experimental plan. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始内容存档于2015-07-15） （英语）. 
  8. ^ 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. ^ 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. ^ 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）. 
  11. ^ 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）. 
  12. ^ 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）. 
  13. ^ 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. ^ 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）. 
  15. ^ 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

外部链接

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