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KSTAR

KSTAR（Korea Superconducting Tokamak Advanced Research）是韓國大田研究基地國家聚變研究所的超導托卡馬克核聚變裝置，被稱為「韓國太陽」[a]，它是國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）項目的一部分。KSTAR是世界上首一個採用新型超導磁體（Nb3Sn）材料產生磁場的全超導聚變裝置，磁場強度是使用鈮鈦系統核聚變裝置的3倍多[1][2][3]。核聚變相比核裂變釋放的能量更大，而且放射性污染幾乎為零，其原料可以直接取於海水，是理想的能源方式[4][5]。KSTAR的成功為韓國的利用核聚變發電奠定了基石。韓國計劃在以後30年左右開始利用核聚變發電[6][7][8]。

KSTAR
類型托卡馬克
位置 南韓, 大田廣域市 36°22′21.65″N 127°21′10.65″E / 36.3726806°N 127.3529583°E / 36.3726806; 127.3529583
技術規格
大半徑1.8 m
小半徑0.5 m
磁場3.5 T (環向)
等離子體加熱功率14 MW
等離子電流2 MA
歷程
運行日期2008年–

2020年11月23日，韓國聚變能研究所（韓語：한국핵융합에너지연구원）宣布KSTAR將等離子體在高達1億度的高溫下維持了20秒鐘[9]，創造了當時的世界紀錄[10]。

歷史

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韓國從20世紀60年代開始開展小規模的實驗室等離子實驗。70年代晚期，韓國大學先後建造了SNUT79、KAIST、 KT 1、HANBIT等托卡馬克裝置。1995年，韓國基礎科學研究院根據美國麻省理工大學的TARA串級磁鏡，建造並安裝了中型裝置HANBIT。KSTAR由韓國政府1995年投資3090億韓圓（100億新臺幣、25億人民幣）建造，2007年9月14日竣工，2008年投入運行並成功產生初始等離子體。2009年12月，KSTAR在1000萬攝氏度的溫度下成功獲得了電流為320千安的等離子體放電，持續時間約3.6秒[1][2][3]。2010年11月8日，KSTAR提前一年首次成功實現了等離子體約束狀態的H模式。這是世界首次用超導熱核實驗裝置實現H模式，對國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）項目的進展具有非常重要的價值[11][12]。2012年11月，KSTAR成功驗證了ITER CODAC(Control, Data Access and Communication)對托卡馬克實施控制的能力，證明ITER CODAC適用於托卡馬克設備控制，CODAC的發展方向是正確的[13][14]。

2018年，KSTAR首次成功將等離子體在1億度的高溫下維持1.5秒[9]。2020年11月23日，韓國聚變能研究所（韓語：한국핵융합에너지연구원）宣布KSTAR將等離子體在高達1億度的高溫下維持了20秒鐘[9]，創造了新的世界紀錄[10]。KSTAR 的最終目標是在2025年實現1億度的條件下，使超高溫等離子體核聚變連續運行300秒[15]。

結構

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托卡馬克的磁場和電流。圖中所示的是環形場和產生它的線圈（藍色），等離子體電流（紅色）和由它產生的極向場，並且當這些被覆蓋在所得的扭曲場。

KSTAR由內室部件、真空室、熱屏蔽、超導磁體系統、低溫恆溫器和輔助系統組成。真空室是雙層壁結構，外形呈D形。超導磁體系統包括16個環向場（TF）線圈和6對極向場（PF）線圈，具有強變形的等離子體橫截面和雙零偏濾器。等離子體加熱和電流驅動系統包括可以用於靈活剖面控制的中性束、離子迴旋波、低雜波和電子迴旋波。等離子體控制和特性計算採用了全套診斷設備計劃，以增加科研人員對物理學的了解[1]。

主要參數

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韓國國家聚變研究所核聚變裝置KSTAR主要參數[14]
大半徑（Major radius），R0 1.8 m
小半徑（Minor radius），a 0.5 m
拉長比（Elongation），κ 2.0
三角形變（Triangularity），δ 0.8 　
等離子電量（Plasma volume） 17.8 m²
等離子體截面（Plasma cross section） 1.6 m²
等離子體形狀（Plasma shape） DN, SN
等離子電流（Plasma current），IP >2.0 MA
環向場磁感應強度（Toroidal field），Bθ >3.5 T
脈衝長度（Pulse length） >3000 s
等離子體R燃料（Plasma fuel） H.D.D.
超導（Superconductor） Nb3Sn, NbTi
輔助加熱（Auxiliary heating） ~28MW
低溫（cryogenic） 9KW@4.5K

注釋

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  1. ^ 核聚變是兩個小質量的原子核合成一個比較大的原子核，而核裂變是一個大質量的原子核分裂成兩個比較小的原子核。太陽所釋放出的巨大能量是四個氫原子合為一個氦原子的核聚變過程產生的。原子彈和目前的核電站利用的是核裂變原理。氫彈利用的是核聚變原理。

參考文獻

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  1. ^ 1.0 1.1 1.2 康衛紅. 韩国的核聚变研究现状及发展战略 (PDF). 《世界科技研究與發展》. 2014年第36卷第2期 [2015-07-15]. （原始內容存檔 (PDF)於2015-07-15）. 
  2. ^ 2.0 2.1 韩热核聚变实验装置进展顺利. 搜狐網. 2009-12-15 [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15）. 
  3. ^ 3.0 3.1 热核聚变研究设备KSTAR实现超标. 韓聯社. 2009-12-09 [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15）. 
  4. ^ “核聚变”最近怎么了？. 光明網. 2014-10-20 [2015-07-17]. （原始內容存檔於2015-07-20）. 
  5. ^ 聚变能的可控释放可以实现？. 中國環境網. 2015-05-07 [2015-07-17]. （原始內容存檔於2015-07-20）. 
  6. ^ 韩国运行核聚变反应堆力图寻找无限清洁能源. 北極星電力網. 2007-10-29 [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15）. 
  7. ^ KSTAR operation & experimental plan. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15） （英語）. 
  8. ^ 韩国托卡马克装置KSTAR建成并开放. 中核網. [2015-07-17]. （原始內容存檔於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. 朝鮮日報. 2020-11-24 [2020-12-29]. （原始內容存檔於2020-11-24） （韓語）. 
  10. ^ 10.0 10.1 環球網. 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]. （原始內容存檔於2020-12-29） （中文）. 
  11. ^ 韩超导装置首次实现高能量模式. 上海交通大學. 2010-11-26 [2015-07-15]. （原始內容存檔於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. 中央電視台官網. 2010-11-26 [2015-07-17]. （原始內容存檔於2015-07-20）. 
  13. ^ ITER CODAC controls KSTAR in real-time. ITER.org. 2012-12-03 [2015-07-15]. （原始內容存檔於2017-07-09） （英語）. 
  14. ^ 14.0 14.1 KSTAR Construction History. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15） （英語）. 
  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. 網易. 2020-12-26 [2020-12-29]. （原始內容存檔於2020-12-29） （中文）. 

參見

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外部連結

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