日本核聚变实验设备“JT-60SA”

据日媒报道称，梦想能源“聚变发电”的实际应用研究已经达到了一个重要的里程碑。 2022年秋天，日本国立量子科学技术研究所（NISI）运营世界上最大的聚变实验设备JT-60SA（SA）。 此外，它还有望通过利用法国正在建设的“国际热核聚变实验反应堆（Eater）”来补充国际项目，在促进人力资源开发方面发挥作用。 与核聚变发电相关的研究和开发正在加速海外，商机已扩展到相关零部件业务。

核聚变发电

氘和氚原子核与等离子体碰撞引起核聚变反应，产生的热量用于发电。 它有望成为发电过程中不排放二氧化碳（CO2）的下一代能源。 它继续保持1亿摄氏度的等离子体，并不断发生核聚变反应。 与通过铀235的连续反应产生能量的核能发电不同，聚变发电被认为是高度安全的，因为如果等离子体无法维持，反应就会停止。 70年代，主要理论得到发展，此后在国内外进行了实际应用的研究。

对促进人力资源开发作用的期待

“长期以来，人们一直说核聚变发电是'30年后，再过30年'，SA和Eater的建设成为现实，我深受感动。”东芝能源系统公司（川崎市堺区）的高级专家Koichi Omochi回顾了迄今为止的艰辛。

洋剑机构将在那珂研究所（茨城县那珂市）建造一个由日本和欧洲参与的SA，最早将于秋季开始运行。容纳真空容器的“低温恒温器”尺寸约为15米50厘米高，直径约13米40厘米。在吞噬器完工之前，它将成为世界上最大的核聚变发电实验设备。

在聚变发电设施中，控制等离子体的线圈尤为重要。在 Eater 和 SA 中，反应堆用光束和微波加热以产生等离子体。等离子体继续漂浮在线圈产生的“磁场笼”中。这是因为如果高达1亿摄氏度的等离子体接触聚变反应堆中的真空容器，设备就会损坏。

（左起）早川专家、资深专家 Omochi

控制等离子体很困难，每个部件的质量要求也很严格。由七个线圈堆叠而成的“环形磁场线圈”很难制造，“交付给进料器的每一块误差必须在一毫米以内”（许多资深专家）。真空容器的焊接也“需要毫米级调整”，东芝能源系统专家早川敦郎说。SA是迄今为止积累的专业知识的结晶。

SA 的目的是进行 Eater 无法完成的实验。Eater 的工程设计于 20 多年前的 2001 年完成。“Eater 不包含最新知识，SA 将对其进行补充，”Naka 研究所所长 Yoshitaka Ikeda 解释道。例如，该公司计划进行增加等离子体密度的研究，以提高聚变反应的效率。

一种用于加热等离子体的束注入装置

与此同时，六所地区大众研究所六所村研究所（青森县六所村）正在进行耐高温材料的研究。 SA 的运营也是人力资源开发的宝贵机会。 池田所长说：“我希望来自日本和欧洲的年轻研究人员聚集在那珂研究所周围，推进聚变研究。

Eater 是日本、欧洲、美国、俄罗斯、中国、印度和韩国合作的国际项目。25 年，它将开始运行以产生和维持等离子体的实验，并计划在 35 年开始运行，用于引起核反应的燃烧试验。SA 将对此进行合作。除此之外，还有“原型反应堆”的运行，以演示发电。日本政府设定了到 50 年运行原型反应堆的目标。

其他国家的运动也很活跃。 英国计划在40年左右建造一座聚变发电厂。 美国宣布将制定一项加速聚变研究的10年计划。 让民营公司参与进来，以商业化为目标。

21年来，私人投资已增至约3400亿日元以上，对初创企业的投资也在推进。 Commonwealth Fusion Systems 和 TAE Technologies 各成功筹集了超过 1000 亿日元。

30 年代，私营部门开始将其商业化。 加拿大通用聚变公司已与英国原子能公司 （UKAEA） 达成协议，建造一座示范工厂。 计划25年后投产，将赶紧商业化。

相关业务的商机也在不断扩大。 京都融合环（东京都千代田区）是一家来自京都大学的初创公司，专门生产提取热量和发电的零件。 该公司计划建造一座模拟工厂来测试零件的性能，并试图抓住商业化需求。 “（来自海外初创公司的）咨询已经在增加，”首席执行官 Takashi Nagao 说。

就零件而言，这是日本可以充分利用其在 Eater 和 SA 中积累的知识的领域。 池田强调，“日本的优势在于能够始终如一地进行从研究到开发和制造的所有工作。

长期研究需要政府支持

日本的核聚变发电正在稳步发展，但也存在挑战。 一是没有安全法规的指导方针。 联合王国将确定安全法规的方向，并鼓励私营部门健康地开展研发。 另一方面，日本还没有拿出方向，长尾说，“私营部门很难制定建设实验反应堆和商业反应堆的计划，带中子。 旨在将称为螺旋式聚变反应堆商业化的 Helical Fusion（东京都千代田区）的首席执行官田口隆也抱怨日本缺乏安全监管指南带来的不便，他说：“有必要考虑海外演示。 该公司是一家由国立自然科学研究所聚变科学研究所的研究人员创立的初创公司。 目前，该公司正在开发提取热量的零件。 目标是在 40 年左右开始在 100,000 千瓦的聚变反应堆上发电。

另一个重要主题是如何在解决资金等问题的同时长期持续研发。 EX-Fusion（大阪府吹田市）首席执行官松尾一辉强调，“我们需要考虑将通过核聚变培养的技术应用到其他领域。 该公司开发的激光聚变包括照射激光并加热氘和氚燃料以发生聚变反应。 在这项研究中培养的知识将应用于半导体制造等，“我们将为核聚变创造垫脚石，这需要时间”（松尾首席执行官）。

大和合金开发的特殊金属

生产特殊金属的大和合金（东京都板桥区）总裁萩野源次郎也预测，“核聚变还有很长的路要走，该技术将应用于其他领域。 当东芝能源系统公司不从事聚变相关工作时，它通过将人力资源分配给超导、加速器和核能发电业务来保持其知识。

仅通过私人努力继续长期研发是有限度的。 聚变发电的实现还需要政府的支持，支持私人的聪明才智。

《三菱重工，展望原型反应堆》

随着聚变发电实际应用的研发越来越活跃，一些研究人员对构成该项目核心的Eater项目百感交集。 他是三菱重工核聚变推进室主任井上正彦，从事聚变研究已有约30年。 “遗憾的是，日本没有像 Eater 这样的大型设备的遗产，”他说。 他的感情背后是“日本在核聚变领域处于领先地位”的自豪感。

三菱重工负责制造总共 19 个称为环形磁场线圈内侧的零件，这些零件交付给 Eater。同一零件的精度约为10米，需要1毫米的高精度。井上谈到了制造的困难，他说：“一旦你为吞噬者制造了巨大且需要高精度的零件，就没有回头路了。

提取核聚变反应产生的氦气和未燃烧燃料的部件“分流器”通过了世界上第一个高温添加测试。 除了能够承受1000摄氏度以上的高温环境外，还需要建立异种材料的连接技术。 该公司自 90 年代以来一直在制作模型（模型），并且已经能够实现它们。

井上主任的眼睛看着原型反应堆。 “原型反应堆与吞噬者有不同的难度，但核聚变是核反应堆的一种。 这就是为什么我们培育的植物技术还活着。 我们所考虑的是一个生产氚的燃料循环系统、一种燃料，以及一个集成聚变反应堆和发电部分的集成体。 该公司将利用其在核电业务中积累的知识。 在零件制造方面，他也期待降低商业化成本，他说：“如果我们在进食器设计完成后使用知识，我们可以让精度降低一点。 我们还在考虑获取在 Eater 使用的当地制造大楼制造零件的专业知识。 因此，我们计划通过开发其他创新反应堆和更换海外核能发电的零件来保持人力资源和专业知识。 除此之外，我们将捕捉到核聚变的实现，即“梦想的能量”。

原文：https://www.toutiao.com/article/7545090204253422114/

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