国际热核聚变实验堆(简称“ITER”:International Thermonuclear Experimental Reactor)计划

2019年10月19日23:07:42国际热核聚变实验堆(简称“ITER”:International Thermonuclear Experimental Reactor)计划已关闭评论 36 views

国际热核聚变实验堆(简称“ITER”:International Thermonuclear Experimental Reactor)计划是当今世界最大的大科学工程国际科技合作计划之一,也是迄今我国以平等身份参加的规模最大的国际科技合作计划。ITER装置是一个能产生大规模核聚变反应的超导托卡马克,俗称人造太阳,其目标是验证和平利用聚变能的科学与技术可行性。ITER计划吸引了包括中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七个成员方共三十多个国家共同参与。我国作为ITER计划的七个平等成员方之一,承担ITER建设阶段9.09%和运行、退役阶段10%的经费,享有ITER计划100%的技术成果使用权。截至20197月底,ITER组织正式职员为903人,其中中方正式职员为85人,占总人数的9.4%,位列除东道方欧盟外其余六方之首。

它建立在由TFTR、欧洲联合环状反应堆(JET)、JT-60和T-15等装置所引导的研究之上,并将显著的超越所有前者。此项目预期将持续30年:10年用于建设,20年用于运行,总花费大约100亿欧元。

该项目是由七个成员实体资助和运行,欧盟、印度、日本、中国、俄罗斯、韩国和美国。欧盟作为ITER设施的主办方,贡献的费用有45%左右,其他六方各贡献约9%。2016年,ITER组织与澳大利亚国家核聚变机构签署了技术合作协议,使该国可获得ITER的研究成果,以换取ITER机器选定部分的建设。

ITER托卡马克综合设施的建设始于2013年,截至2015年6月,建筑成本现在已超过140亿美元。预计该设施将于2021年完成建设阶段,并将于同年开始启动反应堆,并于2025年开始等离子体实验,2035年开始进行全氘 - 氚聚变实验。

2005年6月28日,参与实验项目的中国、俄罗斯、欧盟、韩国、美国、日本在俄罗斯莫斯科最终签订协议,决定在法国南部普罗旺斯-阿尔卑斯-蓝色海岸大区(Provence-Alpes-Côte-d'Azur)的卡达拉舍(Cadarache,位于马赛附近)建造实验反应堆。聚变能源(Fusion for Energy)是负责该项目的欧洲贡献的欧洲联盟机构,位于西班牙巴塞罗那。

ITER的前身是欧洲联合环形加速器(JET)和Tore Supra。


  ITER项目简介

在上个世纪五十年代氢弹爆炸成功之后,人们就开始了聚变核电站的研制研究工作。最初的聚变研究是作为国家机密,每个国家各自进行研究。但是由于受控聚变的实现难度超乎寻常,且投入的人力物力也特别大,超越了任何一个国家的承受能力。于是到了60年代,世界各国开始谋求共同研究,合作进行人类聚变能的开发。

在这种合作背景下,1985年,在美、苏首脑的倡仪和国际原子能机构(简称IAEA)的赞同下,一项重大国际科技合作计划――“国际热核实验堆(简称ITER)”得以确立,其目标是要建造一个可持续燃烧的托卡马克聚变实验堆以验证聚变反应堆的工程可行性。

ITER计划是目前世界上仅次于国际空间站的又一个国际大科学工程计划。该计划将集成当今国际上受控磁约束核聚变的主要科学和技术成果,首次建造可实现大规模聚变反应的聚变实验堆,将研究解决大量技术难题,是人类受控核聚变研究走向实用的关键一步,因此备受各国政府与科技界的高度重视和支持。目前合作承担ITER计划的七个成员是欧盟、中国、韩国、俄罗斯、日本、印度和美国,这七方包括了全世界主要的核国家和主要的亚洲国家,覆盖的人口接近全球一半。ITER计划将历时35年,其中建造阶段10年、运行和开发利用阶段20年、去活化阶段5年。

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  ITER的结构图                               ITER堆芯

 ITER计划发展历程

ITER计划倡议于1985年,独立于IAEA之外,最初由欧、美、日、俄四方共同承建,并于1998年完成了ITER的工程设计,预算造价约100亿美元。由于国内聚变研究政策的调整,美国曾于1998年退出ITER计划,但欧、日、俄三方仍然全力推进,2001年已完成新的设计及大部分部件与技术的研发。新的设计保留了ITER原设计的主要目标,经费却降至约46亿美元。2001年11月开始就ITER项目的实施进行谈判,主要内容包括:选址、费用、采购责任、管理和运行。

目前参与ITER计划谈判的七方中,除欧、日、俄外,加拿大于2001年6月加入ITER计划,后因ITER场址问题退出该计划。2003年2月18日,在俄罗斯圣彼得堡召开的“ITER第八次政府间谈判会”上,美国宣布重新加入ITER计划,中国也同时宣布作为全权独立成员加入ITER计划。此后,韩国和印度分别于2003年6月和2005年12月加入ITER计划。

2003年12月20日,ITER各参与国在华盛顿举行会议,讨论核聚变反应堆的选址问题。欧盟、中国和俄罗斯主张把反应堆建在法国的卡达拉什,而美国、韩国和日本则主张建在日本的六所村。因为没有选择加拿大作为反应堆候选国,加拿大政府随后宣布,由于缺乏资金退出该计划。至此,ITER的参与国只剩下欧盟、美国、俄罗斯、日本、韩国和中国6方,并且形成了泾渭分明的两个阵营。

2005年6月28日,国际热核反应堆(ITER)部长级会议在莫斯科举行,中国、美国、欧盟、俄罗斯、日本、和韩国6个ITER计划谈判参与国再次讨论了ITER场址问题。由于欧盟和日本在场址问题上的争执,ITER场址一直未能确定下来,经过长达1年多的谈判,6个计划参与国最终达成一致意见,确定法国的卡达拉什为ITER计划场址,并签署了联合宣言。

2006年5月23日,国际热核反应堆(ITER)第3部长级会议在布鲁塞尔召开。5月24日上午,中国、美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本和印度等7方科技部长分别代表各国政府草签了《成立ITER国际组织联合实施ITER计划的协定》和《给ITER国际组织以特权与豁免的协定》,这标志着有关该计划场址选择、各国权利和义务、材料设备采购和分配等方面历时3年多的艰苦谈判终于基本结束。根据谈判结果和24日草签的协议,反应堆将建在法国的卡达拉什,项目预计持续30年,前10年用于建设,后20年用于操作实验。这一项目总花费预计约为100亿美元,欧盟承担50%的费用,其余6方分别承担10%,超出预计总花费10%的费用将用于支付建设过程中由于物价等因素造成的预算超支。此外,参与各国完全平等地享有项目的所有科研成果和知识产权。

  国际热核聚变实验堆(简称“ITER”:International Thermonuclear Experimental Reactor)计划

  ITER所在地位置,法国卡达拉舍

ITER计划受到有关各国的重视

参与ITER计划谈判的各国充分认识到聚变能对国家经济和安全的重大意义,以及国际合作对聚变能研究的必要性,因此都在积极推动ITER计划的实施。

欧盟一直积极支持着ITER计划,在ITER计划发展最困难的时期,欧盟仍为其设计和研制提供了大部分的经费。欧盟成员国普遍认为:ITER计划的主要目标是验证受控热核聚变能的科学和技术可行性,目前已完全具备建设ITER的条件。ITER一直是欧洲聚变研究的焦点,有关ITER的重要问题曾多次在欧盟理事会上得到讨论。在ITER计划进入选址阶段后,法国和西班牙的领导人均采取积极活动,希望把ITER场址定在本国。而后在欧盟的协调下,候选国之一的西班牙主动放弃,结果场址问题就变成以法国为代表的欧盟和日本之争。

日本在ITER计划的发展中同样起了重要作用。1996年,日本原子能委员会成立了ITER计划特别委员会。2001年1月成立的日本科技政策委员会(CSTP)是负责国家科技的专门机构,由现任日本首相小泉纯一郎担任主席,成员包括内阁大臣、知名学者及企业家。CSTP于2002年5月向政府提出报告:建议日本推动ITER的多边合作、参与ITER项目、争当ITER东道国。日本文部科学省科技委员会组建的聚变研究工作组,在最后的报告中也特别强调了ITER计划的重要性。2002年5月,日本内阁通过一项决议,批准CSTP提出的ITER项目并推出ITER在日本的候选场址,提交政府间谈判。首相小泉纯一郎曾与俄、美等多国首脑联系,以求对方支持将ITER场址定在日本。

美国也曾努力促成ITER计划,积极参与组织并完成了ITER的概念设计和辅助研究开发。到20世纪90年代中后期,美国调整了聚变研究计划,国会开始大幅削减聚变研究的预算,并于1998年退出ITER计划。这一举动使得美国许多重要的聚变研究任务被迫停止,美国也因此失去了关键领域的技术优势并失去了大批优秀人才。然而,几年的停滞期使美国科技界及政府逐渐认识到需要重新评价聚变研究。2001年,美国能源政策重新将聚变能研究提到重要议程。2002年7月,在美国能源部的建议下,美国聚变界在科罗拉多州的Snowmass召开了夏季研讨会,200多位科学家除对聚变研究的一些重大问题给出了结论外,并明确提出希望美国重返ITER计划。此后,能源部的专家还赴ITER联合研究中心就该项目的成本和风险进行了调研。2003年1月,美国总统布什发表声明,宣布美国重新加入ITER计划。声明特别指出了聚变能的商业化对美国能源安全和环境的重要意义。2003年11月,经过近一年的讨论和协商,美国公布了未来20年打算建设的28个重大科技项目,其中ITER被列为最优先发展的项目。

俄罗斯作为能源大国及核大国,同时也是最早研究核聚变能的国家之一。目前,多年来筹划的世界首座国际热核实验堆(ITER)项目即将进入全面建造实施阶段。从倡导核聚变研究国际化,积极参与ITER项目前期设计,到为ITER建造做积极准备,俄罗斯在整个过程中都起到了重要作用。

  国际热核聚变实验堆(简称“ITER”:International Thermonuclear Experimental Reactor)计划

  ITER是一个国际项目,研究人员来自不同国家

我国加入ITER计划的谈判过程

我国于2003年2月正式参加ITER计划谈判,并为此成立了ITER谈判办公室,由科技部牵头,会同外交部、中科院、核工业集团公司等部门和单位,组成中国政府代表团,参加ITER计划谈判,目前已参加了在国内外举行的不同层次的各类谈判十多次。

ITER谈判办公室是科技部委托中国科技交流中心成立的,专门组织参加ITER计划谈判的办事机构。ITER谈判办公室自成立以来,在科技部的直接领导下,承担了ITER谈判的所有具体实施工作,多次承办了与ITER计划谈判相关的国际和国内协调会议,派遣团参加有关的国际会议和国际谈判,涉及的会议有部长级会议、政府间谈判会议等。协调派遣专业人员参加核聚变领域的国际工作组并参与国外研究机构工作,协调相关单位整理、翻译、编辑和出版ITER谈判资料、技术资料以及电子文件等,为谈判工作提供经费管理和后勤保障,确保谈判工作顺利进行。

 我国参与ITER计划的意义

我国加入ITER计划,是一项造福中国和世界的战略决策。该决策主要有三点意义:其一,中国积极参加像ITER这样的国际科技项目,也就是对人类科技进步作出了应有的贡献。其二,全面掌握ITER设计和相关技术,不仅对我国核聚变研究的进一步发展,而且对其它某些重要领域都具有重要意义。参与ITER计划完全有可能使我国在多方面得到巨大收益。其三,作为世界上最大的发展中国家,中国对新型能源有着巨大的需求。中国参与ITER计划的最终目的是在中国建造自己的反应堆。

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