意大利-俄罗斯:自我维持的核反应堆计划

据当地媒体报道，未来几年内，如果这个意大利和俄罗斯合作的项目成功，莫斯科附近的一个实验核聚变反应堆，可能是第一个让位于自我维持的核聚变反应堆，并将是核发电的一个重要里程碑。

计划中的反应堆源是美国麻省理工学院科学家的研发设计，也同时该科学家是意大利国家新技术、能源与环境局（National Agency for New Technologies, Energy and the Environment）反应堆项目的主要研究人员。麻省理工学院已在校内建立了三个类似的源于同样原理设计的反应堆。意大利和俄罗斯的物理学家计划于今年上半年为叫做“点火器”（Ignitor）的新反应堆制定行动计划。

“点火器”是一个托卡马克反应堆，一个面包圈形状的设备，用强力磁场通过挤压过热的氢同位素等离子体产生聚变。当电流和高频率的无线电波穿过等离子体，将它加热至极度高温，周围的电磁场在高压下限制了等离子体。压力和热量合起来使得氢原子核在一个释放巨大热量的过程中汇总合并形成氦。在一个功能完备的聚变反应堆中，这些热量会用来驱动发电涡轮机。

一个大得多也更复杂的托卡马克聚变反应堆——国际热核实验堆（ITER）——正计划在法国的Saint-Paul-lez-Durance建设。ITER将于2019年完成，并准备在2026年进行全面试验，它将更接近聚变发电机的功能，但并没有被设计生产为一个自我维持的聚变反应堆。“点火器”的大小是ITER的六分之一，并将测试生产自我维持的反应堆所需的条件。科学家表示，“点火器”很快就能让我们看到燃烧等离子体的表现如何，并告诉我们应怎样处理ITER和其他的反应堆。

“点火器”不包含真正的反应堆需要的许多部分。例如缺少的一个关键部分就是“增殖反应堆覆盖层”（breeder blanket），包括锂和反应堆内部的电磁线圈，能持续地提供氚——反应中聚变的两种同位素中的一种。Ignitor的设计非常紧凑，在线圈内没有测试区的空间。

“点火器”的另一个限制在于，其强大的电磁场会使得大多数超导体材料的传导性下降。为了解决这一点，“点火器”主要使用传统的铜线圈产生磁场。但是这些线圈只能运行很短的时间，然后会过热。结果就是，“点火器”的引燃只能维持4秒。ITER用的是超导线圈，并且用了更多的等离子体，根据设计它能将峰值输出维持400秒。