欧洲联合环（JET）——首个实现氘氚实验的托卡马克装置

2024年2月8日，英国原子能机构（UK Atomic Energy Authority，UKAEA）宣布，卡勒姆聚变能源中心的Joint European Torus（JET）装置在其最后一次实验中，仅使用0.2毫克氘氚燃料就产生5秒的高聚变功率，创造了69MJ的突破性记录。作为欧洲甚至全球范围内备受瞩目的托卡马克装置，四十年来，无数科学家和工程师团队使用JET进行的研究在加速聚变能的发展方面发挥了关键作用。据悉，JET的退役和重新利用计划（JDR）预计将持续到2040年左右。

装置概览

JET，又称欧洲联合环，位于英国牛津附近的卡勒姆聚变能源研究中心（CCFE），由英国原子能管理局（UKAEA）运营。JET在1983年正式投入运行，2023年退役。退役前曾是全球规模最大、功率最强的在运托卡马克研究装置。

二、预期目标

作为当时欧洲原子能联营核聚变研究计划中的最大单项，JET的基本目的是获得和研究接近聚变堆状态和尺寸的等离子体，从而为未来详细评估托卡马克反应堆的参数、尺寸和工作状况。具体涉及四个方面的工作目标：

-研究接近聚变堆尺寸和参数的等离子体过程及其定标律；

-对接近反应堆状态下的等离子体一壁相互作用和杂质通量进行分析和控制；

-验证使JET达到反应堆温度的有效的加热技术，特别是射频加热和中性束注入加热；

-对DT反应产物—α粒子的产生，约束及随之而来的与等离子体相互作用加热效应进行研究。

三、核心参数

JET装置核心部分的原始设计参数为：大半径2.96m，小半径1.25m，等离子体电流为4.8MA，等离子体中心环向磁场达到3.45T，加热功率达到38MW。

四、突出成果

作为世界上第一个进行氘氚实验的托卡马克聚变装置，具有以下显著特点：

-成功试验了可运用于ITER或者其他聚变堆的ICRF加热方法，并实现大多数加热结果与模拟结果一致；

-通过逐步更换偏滤器证明了偏滤器封闭的正效应；

-初步验证了积累的氦粒子与能量约束时间之比越低，实现聚变堆稳态运行的可能性就越大；

-初步验证了α粒子不会产生不良效应。

五、发展历程

-1971年，欧洲原子能共同体提出核聚变装置计划。

-1975年，JET设计工作完成。

-1977年底，项目正式选址牛津附近的卡勒姆区域。

-1978年，JET正式开工建设。

-1982年1月，JET正式建成。

-1983年6月，JET得到第一个等离子体脉冲，其等离子体电流为19KA，持续了大约0.1秒。

-1983年年底，等离子体电流达到3MA，脉冲持续了10秒。

-1984年4月，JET装置正式开放，英国女王伊丽莎白二世与法国总统弗朗索瓦·密特朗出席仪式。

-1984-1987年，在原本欧姆加热系统的基础上，安装了中性束加热、射频两种辅助加热系统。安装完成后的加热功率由8MW提升到25MW。

-1991年11月9日，JET进行了世界首次氘氚实验，反应产生了1.7MW的聚变功率，基本上证实了受控核聚变作为先进能源的科学可行性，树立了人类聚变研究史上的一个里程碑。

-1997年，JET装置采用25MJ的辅助加热方式，创造了D-T反应产生16.1MJ聚变功率的纪录。

-2009-2010年，JET安装了一个新的铍钨等离子体第一壁，以测试ITER配置。

-2019-2020，新的氘氚实验准备工作顺利进行，旨在更长时间内维持高聚变性能。

-2021年12月，JET使用氘氚燃料产生了59MJ，打破了1997年创下的记录。

-2023年2月，CCFE宣布通过设置“热屏障”，JET成功实现了“清洁” 等离子体。

-2023年12月28日，JET进行了最后一次的等离子体放电，随后正式退役。

-2024年2月，CCFE宣布在JET最后一次实验中，使用0.21毫克D-T燃料在6秒内产生69MJ的聚变功率，再次打破历史记录。

六、英国商业化聚变公司

First Light Fusion：成立于2011年，总部位于英国牛津，采用冲击驱动惯性约束路线，目标2032年前实现发电。截至目前，First Light Fusion累计融资9900万美元，现有员工超100人。

Tokamak Energy：成立于2009年，总部位于英国牛津。是英国原子能管理局（UKAEA）的子公司。2019年，Tokamak Energy在美国成立子公司。Tokamak Energy在紧凑型球形托卡马克、高温超导磁体研究开发领域具有丰富的积累，致力于成为超导超导技术的领先供应商，用于核聚变、可再生能源、太空推进等领域。目前已累计融资3亿美元，员工超过260人。

参考链接：

• https://en.wikipedia.org/wiki/Joint_European_Torus

• https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/pdf/preview/10.7693/wl20160203.pdf