JT-60SA
JT-60SA(Japan Torus-60 Super Advanced)是现在运行中的世界最大的超导托卡马克。设置在茨城县那珂市的量子科学技术研究开发机构(QST),作为基于 Broader Approach 协定的日欧共同项目运营。2023 年 10 月实现了首次等离子体,作为面向 ITER 的桥先进托卡马克研究的核心装置开始运行。
等离子体大半径 2.96 m、小半径 1.18 m、纵横比 2.5 的装置。等离子体电流 5.5 MA、环形磁场 2.25 T 运行,超导磁体可以实现最大 100 秒的长脉冲运行。总重量约 2,800 吨、高度约 16 m。由 18 个 TF 线圈、6 个 EF 线圈、4 模块中心螺线管构成超导磁体系统。
加热系统合计 41 MW,由正离子 NBI(12 MW、85 keV)、负离子 NBI(10 MW、500 keV)、ECH(7 MW)构成。负离子 NBI 的 500 keV 生成到达等离子体中心部的高能束流,是从 JT-60U 继承的世界最尖端技术。
JT-60 系列的遗产
Section titled “JT-60 系列的遗产”前身 JT-60U(1991-2008 年运行)留下了核聚变研究史上最高的成果。在重氢等离子体中实现了核聚变三重积的世界纪录,记录了 DT 换算的等效能量增益倍率 1.25。也实现了离子温度 45 keV(约 5 亿度)。这些记录作为重氢等离子体在 2024 年现在仍是世界最高值。
JT-60U 由于常导线圈约 28 秒的脉冲运行是极限。为了克服这个制约,JT-60SA 采用 NbTi 超导磁体,实现了 100 秒以上的运行。
日欧共同项目
Section titled “日欧共同项目”2005 年 ITER 建设地决定在法国时,为了继续日本的核聚变研究缔结了 Broader Approach 协定。JT-60SA 是其核心项目。
日本负责真空容器、低温恒温器、CS 线圈、NBI 等。欧洲提供 TF 线圈(意大利制)、EF 线圈、ECH 系统(德国制)等。总事业费约 500 亿日元(日欧合计)。
建设和短路事故
Section titled “建设和短路事故”2013 年开始正式组装,2020 年 3 月组装完成。但是 2021 年 3 月,在通电试验中 EF 线圈连接部发生了绝缘破坏引起的短路事故。经过约 2 年的修复作业,2023 年 10 月 23 日实现了首次等离子体。这个经验也活用于 ITER 的建设。
JT-60SA 是 ITER 的约 1/2 规模,物理相似性高因此研究成果可以直接应用。主要的科学目标如下。
在高贝塔运行中目标规格化贝塔 4 以上。高贝塔关系到核聚变输出密度的提高,对经济发电堆设计不可缺少。
在稳态运行中,结合自举电流和 NBI/ECH 的电流驱动,目标 100 秒以上的完全非感应运行。
作为 ITER 的支援,先行进行 H 模式转变条件、ELM 控制、破裂预测和缓和技术的研究。
2024 年 12 月时点等离子体电流增加到约 3 MA,H 模式实现已经在望。预定 2025 年全参数运行,2028 年左右实现高贝塔目标。
JT-60SA 作为 ITER 和 DEMO 的桥,发挥重要作用,持续提供面向核聚变发电实现的重要知识。