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]。
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| 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 |
| 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，韓國聚變能研究所宣佈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
編輯韓國從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，韓國聚變能研究所宣佈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
編輯
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
編輯| 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 |
註釋
編輯參考文獻
編輯- ^ 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）.
- ^ 2.0 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）.
- ^ 3.0 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）.
- ^ “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）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ KSTAR operation & experimental plan. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15） （英語）.
- ^ 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）.
- ^ 9.0 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）.
- ^ 10.0 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）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 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）.
- ^ 14.0 14.1 KSTAR Construction History. National Fusion Research Institue. [2015-07-15]. （原始內容存檔於2015-07-15） （英語）.
- ^ 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）.
