核聚变100问(6):核聚变有哪些历史大事件?

· 行业科普

目前,可控核聚变市场还处于早期阶段,仅有少数几家公司和研究机构在进行相关的研究和开发工作。其中,最著名的是国际热核实验反应堆(ITER)项目,该项目由中国、美国、俄罗斯、欧洲等七个国家共同发起参与目前已有35个成员国,旨在建立一个大型的可控核聚变实验反应堆。除了 ITER 项目外,还有一些其他的可控核聚变研究项目,如美国的 National Ignition Facility(NIF)、欧洲的 JET 和日本的 LFEX 等。这些项目都在进行可控核聚变的实验研究,以探索实现商业化的可能性。以下为可控核聚变的历史大事件。

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1、发现与理论阶段

  • 1919年:发现轻原子聚变的依据。英国物理学家卢瑟福从实验证实轻原子核能在人工控制下相互碰撞发生核反应;物理学家阿斯顿发现He(4)原子的质量比组成氦的四个氢原子质量的总和小约1%。
  • 1920年:提出恒星能量可能来源于核聚变。英国物理学家爱丁顿提出太阳的能量来自氢原子核到氦原子核的聚变过程。
  • 1928年:揭示库仑势垒隧穿效应。美国核物理学家伽莫夫揭示了聚变反应中的库仑势垒隧穿效应。
  • 1929年:理论证明了氢原子聚变为氦原子的可能性。阿特金森和奥特麦斯从理论上计算了氢原子聚变成氦原子的反应条件,指明了热核聚变研究的方向。
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2、实验里程碑

  • 1934年:首个人工核聚变反应的实现。奥利芬特用氢的同位素氘轰击氘,生成氚,实现首个 D-D 核聚变反应。
  • 1938年:首次提出“循环”核聚变理论。贝特证明太阳能源来自氢核聚变成氦核的热核反应,提出了“碳循环”和“氢循环”核聚变理论。
  • 1942年:首次实现D-T反应。美国普渡大学用氢的同位素氘轰击同位素氚,实现首个D-T核聚变反应。
  • 1952年:首颗氢弹爆炸。在西太平洋埃尼威托克岛秘密爆炸了一颗氢弹,标志着人类成功的实现了不可控核聚变。
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3、国际合作与工业前景

  • 1957年:第一次原子能国际大会召开与劳森判据的提出。在日内瓦召开原子能国际大会,决定展开国际合作与交流;英国科学家劳森提出维持核聚变反应堆中能量平衡的劳森判据。
  • 1963年:提出激光聚变概念。苏联科学家巴索夫和中国科学家王淦昌独立提出用激光实现受控热核聚变反应的构想。
  • 1968年:托卡马克技术兴起。在托卡马克装置上取得非常好的等离子体参数。
  • 1985年:国际热核聚变实验堆(ITER)计划启动。在日内瓦峰会上提出了核聚变方面的国际合作,即国际热核聚变实验堆(ITER)计划。
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4、核聚变发展与成就

  • 1991年-1997年:核聚变展现出工业利用前景。欧洲联合环(JET)和美国TFTR氘氚放电实验,展现了核聚变存在工业利用的前景。
  • 2005年:建成世界首个非圆截面全超导托卡马克。中国EAST实验装置建成,标志着我国在国际核聚变研究中占据重要地位。
  • 2015年:神光-Ⅲ激光装置主机建成。中国工程物理研究院建成亚洲最大的高功率激光装置。
  • 2018年:中国可控核聚变首次实现1亿度运行。中国EAST实验成就,标志着聚变反应堆运行迈出关键一步。
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5、近期进展

  • 2020年:ITER开始安装ITER计划重大工程安装启动,计划在2025年底首次等离子体放电。
  • 2021年:中国核聚变稳定运行时间破1,000秒。中国EAST实验装置实现了1056秒的长脉冲高参数等离子体运行。
  • 2023年:欧洲JET创造69兆焦耳能量纪录。欧洲联合核聚变实验装置(JET)在约5秒内持续产生69兆焦耳的能量,打破世界纪录。
  • 2024年:MIT技术突破使核聚变装置成本降低40倍。MIT利用稀土氧化铜钡超导体大幅缩减核聚变装置体积与成本,推动能源商业化。
  • 2024年:第一光聚变公司突破压力极限至1.85TPa。它打破了美国桑迪亚国家实验室的压力世界纪录,是地核压力的五倍。