日新一代核聚變實驗裝置今秋運轉

全球“碳中和”背景下，核聚變發電作為一個關鍵的技術途徑受到廣泛關注。日本量子科學技術研究開發機構（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面臨的極為重要的技術瓶頸就是等離子體形狀控制技術。

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。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。核聚變反應正是發生在等離子體的物質狀態中，同時釋放出約為核裂變反應4倍左右的巨大能量。穩定控制下的核聚變反應預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）的技術備份，但采取更為先進的設計。通過只使用氘開展等離子體控制實驗從而簡化系統，盡管放棄了最具有商業前景的D-T反應，但卻搶先構建出了各國在ITER成功后爭相建設的原型堆。

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。同時QST還非常關注一些周邊技術，比如鋰被普遍認為是核聚變最理想的燃料，QST開發出了使用特殊陶瓷膜，從海水中回收鋰的技術。在用膜隔開的水槽一側放入鹽酸，充分利用兩側的鋰濃度差進行回收。這項技術不僅可以用于核聚變反應堆，還有望用于制造鋰離子電池。