【本刊2022 年11 月綜合報道】2022 年10月，英國托卡馬克能源公司（Tokamak Energy）宣布在聚變能研究方面取得三項重要進展：一是與英國原子能管理局（UKAEA）簽署為期五年的合作協(xié)議，二是原型聚變堆ST40 在近期試驗中聚變三乘積創(chuàng)新高，三是宣布下一代原型聚變堆ST80-HTS建設計劃。

托卡馬克能源主要開展球形托卡馬克研究。在同一磁場強度下，球形托卡馬克裝置產(chǎn)生的等離子體壓強比傳統(tǒng)托卡馬克裝置高得多，即球形托卡馬克的效率更高。

與英國機構簽署合作協(xié)議

10 月10 日，托卡馬克能源與原子能管理局簽署框架協(xié)議，未來將在推進球形托卡馬克技術商業(yè)化應用方面開展更密切的合作。

根據(jù)這份為期五年的協(xié)議，雙方將采用聯(lián)合技術研發(fā)、設施和設備共享以及人員交流等方式開展合作，重點領域包括材料研發(fā)和測試、電力生產(chǎn)、燃料循環(huán)、診斷與遠程處理等。

這兩家機構均擁有處于運行狀態(tài)的球形托卡馬克研究裝置。托卡馬克能源的ST40最近實現(xiàn)了1億℃的等離子體溫度，這是實現(xiàn)聚變能商業(yè)應用需要達到的閾值，也是世界球形托卡馬克裝置首次達到這一溫度。

原子能管理局的“升級后的兆安球形托卡馬克裝置”（MAST-U）正在開展相關研究，以支持“用于能源生產(chǎn)的球形托卡馬克”（STEP）原型聚變電廠建設。STEP原型聚變電廠建設計劃是英國當前最重要的聚變能國家發(fā)展計劃，由原子能管理局負責，目標是在2040年前研發(fā)、設計并在西伯頓（West Burton）建成一座原型聚變電廠且實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

原子能管理局2022 年10 月宣布，已耗資1000萬英鎊（1140萬美元）完成卡勒姆（Culham）科學中心材料研究設施（MRF）擴建工程，使該設施的規(guī)模擴大了一倍。該設施主要用于開展聚變材料研究。

聚變三乘積創(chuàng)新高

10月21日，托卡馬克能源宣布ST40在最近的試驗中實現(xiàn)了高達6×1018keV·s·m-3的聚變三乘積。這是私營企業(yè)迄今達到的聚變三乘積最高值。

實現(xiàn)核聚變反應，需要同時滿足三個條件：足夠高的溫度、一定的密度和一定的能量約束時間。三者的乘積稱為聚變三乘積。根據(jù)勞遜判據(jù)，只有聚變三乘積大于一定值（5×1021keV·s·m-3），才能產(chǎn)生有效的聚變功率輸出。

公布ST80-HTS建設計劃

10 月26 日，托卡馬克能源宣布新型原型聚變堆ST80-HTS 建設計劃。這將是全球第一座大規(guī)模使用高溫超導磁體的強場球形托卡馬克裝置，將示范實現(xiàn)聚變能商業(yè)應用所需的多種先進技術。在2026 年建成后，該裝置將展示球形托卡馬克的關鍵運行優(yōu)勢，并為聚變示范電廠ST-E1 的設計提供關鍵信息。ST-E1擬于本世紀三十年代初并網(wǎng)發(fā)電，凈裝機容量將達20萬千瓦。

ST80-HTS將把聚變三乘積提升至接近實現(xiàn)聚變能商業(yè)應用所需的水平，并實現(xiàn)長達15 分鐘的等離子體長脈沖控制?，F(xiàn)有研究裝置已證明能夠在1 秒或更短時間里實現(xiàn)高的聚變三乘積數(shù)值，但隨著脈沖持續(xù)時間的延長，這一數(shù)值會很快下降。ST80-HTS的目標是大幅延長脈沖持續(xù)時間，使其達到實現(xiàn)可持續(xù)的高功率輸出所需的水平。

托卡馬克能源是一家私營企業(yè)，成立于2009 年，起源于卡勒姆實驗室。該公司已獲得美國能源部的多筆資助，并與美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）建立合作伙伴關系。該公司還在英國“先進模塊堆計劃”下獲得1000萬英鎊的資助。