世界最大的核聚变反应堆为清洁能源带来希望

强大的全新钢制托卡马克反应堆致力于最终实现核聚变发电的宏伟目标。

在法国普罗旺斯地区深处，凭借其有利的地质、水文和地震条件以及便捷的供水供电优势，坐落着一个占地180公顷的庞大设施，这是国际热核聚变实验反应堆（ITER）的容身之地。

传统发电厂是将化石燃料燃烧或者核裂变释放的热能转换成蒸汽，以蒸汽推动涡轮机旋转，将机械能转换为电能。这两种方法虽然都是可靠的动力来源，但他们却会通过排放或放射性废弃物对环境产生影响。

然而，如果有一种方法可以在不产生有害共生产品的情况下生成这种热能将会如何？这就是核聚变发电的梦想！目前正在开展一项通过原子聚变产生大量能量的实验。

与太阳发热发光的过程一样，两个氢原子碰撞在一起，结合成一个氦原子，发生聚变。聚变过程在不产生放射性裂变产物的情况下产生大量能量。

创建这一过程要面临严峻的工程挑战，因为聚变反应必须精准控制在正在产生大量能量的空间内。

钢制真空室中的能量

在ITER设施中正在建设世界上最大的托卡马克反应堆。这台实验机器是以上世纪60年代苏联模型为基础开发的，在其中心有一个环形真空室。

这个真空室重5200吨，体积为1400立方米，是迄今为止同类中最大的。因此，物理学家们在操作过程中更容易控制产生有效聚变能所需的反应。

ITER的实验将在这个钢制真空室内进行，包括聚变反应。该真空室完全密封，是主要的安全防护屏障。在真空室内，氢燃料承受着巨大的热量和压力，转变成热的带电气体，即等离子体。

这种真空环境提供了辐射屏蔽，并能支持等离子体的稳定性，而在双层钢壁之间循环的冷却水系统安全地去除了反应堆反应时产生的热量。这一点至关重要，因为核聚变反应所需的温度在1.5~3亿摄氏度之间。

磁场的能量

真空室内部呈环形，使得内部的等离子粒子在不接触钢壁的情况下连续循环。这种超热等离子体被由1万吨超导磁体产生的磁场控制在托卡马克反应堆里。

当温度保持在-269℃时，ITER能够产生比传统磁体更强的磁场，它使用“高性能、内部冷却的超导体”，其中的超导线捆绑在一起，装在结构性钢套中。

这种产生磁场的方法也比其他方法更便宜，能耗更低，因而成为支持核聚变发电所需的大型磁体系统的唯一可行选择。

真空室及其超导磁体系统都处于ITER低温恒温器内，里面可提供超低温真空空间。真空室的空间有16,000立方米，是迄今已建造的最大的不锈钢高真空压力室。

反应堆内的极端温差，使不锈钢成为一种理想的材料选择。由于能在高温和低温下保持性能不变，还具有高延展性和硬度，不锈钢成为ITER不可替代的组成部分。

预计托可马克装置将于2025年投入运行，聚变物理学家希望这将是发电行业的一次巨变。虽然近乎无限的清洁能源前景不可预测，但是如果我们能够实现商业化的核聚变，我们利用钢的力量来实现持续能源的前景就已经清晰可见了。