韩国全超导托卡马克装置:KSTAR

孤福海 2024-08-21 13:48:44

2024年3月,韩国聚变能源研究所宣布在将碳偏滤器升级为钨偏滤器后,其先进超导托卡马克研究装置KSTAR在1亿摄氏度下成功维持了48秒,从而打破了该装置于2021年创造的30秒的纪录。据悉,KSTAR的目标是到2026年,在1亿摄氏度的高温下至少维持300秒。

一、装置概览

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Aavanced Research):即韩国先进超导托卡马克研究装置,被称为“韩国人造太阳”。KSTAR装置位于韩国大田,由韩国聚变能源研究所建设并管理。该装置使用氢燃料和氘燃料,而非在ITER中研究的氘-氚混合物。

韩国聚变能源研究所(Korean Institute of Fusion Energy,KFE)前身是2007年9月成立的韩国国家聚变研究所(National Fusion Research Institute,NFRI),2020年完成更名。KFE是韩国唯一专门从事核聚变的研究机构,代表着韩国核聚变能源相关研究的最高水平,同时也是国际热核实验堆ITER的主体成员单位。KFE致力于运营运营KSTAR基础上开发核聚变商业化的核心技术,同时培养优秀的核聚变人才。

二、预期目标

KSTAR的目标是建造一个稳态运行的先进超导托卡马克,为未来聚变反应堆积累科学与工程技术经验。有三个主要科学目标:

通过主动控制等离子体横截面和输运来增强托卡马克的稳定性。探索非感应电流驱动实现托卡马克聚变反应堆稳态运行的方法。积累最佳等离子体特性和连续运行经验。三、突出特点

KSTAR是世界上首批采用全超导磁体的托卡马克实验研究装置,其加热和电流驱动系统综合使用了中性束注入(NBI)、离子回旋共振加热(ICRH)、电子回旋共振加热等(ECRH)多种方式。KSTAR在设计上具备以下特点:

全超导磁体长脉冲运行能力灵活的气压和电流截面控制灵活的等离子体位置和位形控制先进的截面和控制诊断四、核心参数

KSTAR装置的主要参数为:大半径1.8m,小半径0.5m,环向磁场3.5T,等离子体电流2MA,脉冲宽度20s-300s。

五、重要里程碑

-1995年,KSTAR项目成功立项。

-1998年,完成项目概念设计和基础研发工作。

-2002年,项目工程设计完成。

-2007年,项目建造完成。

-2008年,首次成功获得等离子体放电。

-2010年,首次在托卡马克装置中实现H模式。

-2016年,将等离子体加热至5,000万摄氏度并持续运行了70秒。

-2018年,首次成功在1亿摄氏度的高温下,将等离子体持续运行1.5秒,同年启动钨偏滤器研发。

-2019年,在1亿摄氏度条件下,将等离子体持续运行8秒。

-2020年,KSTAR在1亿摄氏度下,等离子体实现持续运行20秒。

-2021年,第一个钨偏滤器原型制造完成。

-2021年,KSTAR在1亿摄氏度下,持续运行等离子体30秒。

-2022年,开始安装钨偏滤器,并于次年完成更换升级。

-2024年,KSTAR在1亿摄氏度下,持续运行等离子体48秒,同时实现高约束模式(H模式)运行超过100秒。

六、部分供应商

1. Korea Atomic Energy Research Institute:即韩国原子能综合研究院,成立于1959年,位于韩国大田市。主要从事核能研究和技术开发,业务范围包括反应堆设计、核燃料研发、核安全与放射性废物管理、核技术应用和核领域基础研究等。KAERI曾为KSTAR装置提供了射频加热系统及NBI系统的正离子源。

2. Kiswire Advanced Technology:即高丽特钢,成立于2004年,位于韩国大田市。KAT主要从事超导线材的研究与开发,产品包括Nb3Sn、NbTi、MgB2超导线材,以及超导磁体和低温容器。2006年,KAT为KSTAR提供了2.2吨的CS导体用Nb3Sn超导线材。KAT也是ITER项目所有参与方中首个通过Nb3Sn超导线材开发和性能评估的供应商。

3. SAMSUNG SDS:成立于1985年,是韩国最大的全球化ICT解决方案提供商,业务领域涵盖IT外包服务、基建服务、各行业的智能化解决方案服务公司。三星SDS为KSTAR装置供应了主控制系统。

4. Doosan Heavy Industries & Construction:即原斗山重工业,现已更名为Doosan Enerbility。成立于1896年,是斗山集团的核心公司之一。公司业务范围涵盖能源、基础设施、工程以及重工业制造等多个领域,产品覆盖核电站、海水淡化处理设备、燃气轮机等高端设备的研发与制造。公司曾为KSTAR装置供应了超导磁体结构物。

5. 中科富海:公司为中国科学院理化所孵化企业,成立于2016年,总部位于北京。公司拥有20K-2K核心关键技术,致力于提供液氢、液氦温区大型低温制冷装备、氢液化装置、LNG-BOG提氦装备、稀有气体(氦氖氪氙)分离纯化等先进低温装备以及氢能应用系统解决方案、高纯稀有气体、电子特种气体、工业气体和气体工程等服务。中科富海已为KSTAR装置提供了氦制冷机系统。

韩国的热核聚变研究始于20世纪50年代,是世界上开展热核聚变研究起步较晚的国家,但是在政府强有力的政策支持下,在本世纪初就具备了一定的技术实力。今年7月22日,韩国科学和信息通信技术部部长李钟浩(Jong-Ho Lee)还宣布了一项价值1.2万亿韩元(约合8.75亿美元)的政府项目,旨在促进公共部门与私营企业之间的知识和技术交流,构建韩国的聚变生态系统。

参考链接:

https://www.kfe.re.kr/enghttps://www-pub.iaea.org/MTCD/Meetings/FEC2006/ft_2-2.pdfhttps://www.nifs.ac.jp/itc/itc12/Lee.pdfhttps://www-pub.iaea.org/mtcd/meetings/PDFplus/2010/cn180/cn180_papers/ftp_p6-09.pdfhttp://psl.postech.ac.kr/kjw13/talks/Kim_H.pdf

文章转载于《可控核聚变》,非商业用途,文章、图片仅作为科普传播素材。如有侵权请系:Jo0729,承诺三天内删除。

0 阅读:42

孤福海

简介:感谢大家的关注