意大利核聚变研究中心:国家新技术、能源与可持续经济发展署(ENEA)

· 探秘实验室

2025年2月27日,意大利ENEA宣布开发了一种创新的激光系统,并成功运用在JET装置上,用于研究JET装置内壁的化学成分。具体来说,科研人员利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术远程进行等离子体暴露成分的实时监测和定性、定量分析,而无需移除它们进行分析。

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一、基本概况

ENEA,全称是Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile,即国家新技术、能源与可持续经济开发署,是意大利国家级跨学科公共科研机构。ENEA最早追溯至1952年,总部位于首都罗马,下设多个区域研究中心(如弗拉斯卡蒂、博洛尼亚、特里埃斯特),是欧洲聚变研究联盟(EUROfusion)核心成员,ITER计划意大利官方代表机构。截至2024年底,ENEA共有员工近2300人,四大核心部门人数超过1560人,其中核能部约为480人。

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二、研究领域

ENEA致力于推动能源转型、技术创新与可持续经济发展,为政府和企业提供科学支撑。研究领域涵盖能源技术(可再生能源、存储、智能电网),该机构也是国家能源技术集群的协调者、核聚变和核裂、能源效率、文化遗产技术、地震保护、食品安全、 污染、生命科学、战略原材料、气候变化等诸多领域。

ENEA在核聚变多数领域都有研究,具体包括:等离子体研究、装置设计与制造、诊断系统开发、材料开发、高热通量部件开发、燃料循环、核安全、核数据与中子学代码分析、超导磁体、液态金属等等。

三、组织架构

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ENEA主要设置了核心部门(Dipartmenti)、技术管理部门(Direzioni tecniche)、行政管理部门(Direzioni amministrativo-gestionali):

Dipartmenti主要包含4个部门:

  • 能源技术与可再生资源部(TERIN):从事能源技术、方法、材料、流程和产品的研究、开发和鉴定,参与原型工厂的设计和建造,提供先进的再生资源技术服务等。
  • 核能部(NUC):协调意大利本土核聚变、核裂变装置建设以及技术研发;参与国际上的核能项目设计与制造。
  • 可持续性、循环经济与气候变化适应部(SSPT):致力于促进实施更可持续和循环生产和消费系统的经济和社会模式,采取行动预防、应对和适应气候变化,减少人为和自然风险的影响。包括水资源循环、农业可持续发展、生物技术等等。
  • 能量效率单元部(DUEE):依据第115/2008号法令规定履行国家能源效率局的职能,旨在实施旨在提高能源最终使用效率的措施。

Direzioni tecniche下辖4个管理部门:审计、绩效及风险管理局(APR);数字化转型、数据处理与保护管理局(DIGIT);基础设施和服务管理局(ISER);技术转让管理局(TTEC)。

Direzioni amministrativo-gestionali下辖3个管理部门:行政、预算与财务管理局(ABF);法务、预防腐败和透明度管理局(LEGALT);人力资源管理局(PER)。

此外,ENEA还设置了辐射防护研究所(IRP)、南极洲技术中心(UTA)、公共关系与通信办公室(REL)。

四、发展历程

1952年,国家核研究委员会成立,简称CNRN。

1960年,CNRN更名为国家核能委员会-CNEN,专注核能技术开发。

1960年代,CNEN与EUROTOM合作组建电离气体实验室,这是意大利首个处理核聚变问题的实验室。

1973年,磁约束热核聚变装置FT(Frascati Tokamak)项目启动。

1977年,意大利首台实验装置FT建成投运。

1982年,CNEN重组并更名为成立了ENEA(Ente per l'Energia Nucleare e le Energie Alternative),即国家核能与替代能源研究与发展会,专注于核能与替代能源研究。

1989年,FT升级为FTU装置并投入运行,成为高磁场(8T)等离子体研究标杆。

1991年,因切尔诺贝利核电站灾难影响,ENEA将核能从研究任务中剔除,其名称也更改为“Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e l'ambiente”,即新技术、能源与环境机构。这反映了对新技术、能源效率和环境保护的更广泛关注,与国家和欧盟的环境优先事项保持一致。

2009年,更名为Agenzia nazionale per le Nuove tecnologie, l'Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile,强调可持续经济发展并与现代环境目标保持一致。

2017年,EUROfusion批准建设DTT项目,预计耗资5亿欧元。

2018年,选址弗拉斯卡蒂,作为DTT的建设地点。

2019年,成立DTT联盟。2021年,DTT大楼建设获批。

预计将在2028年,完成装置建设并产生第一批等离子体。

五、聚变装置

1.FT(Frascati Tokamak):由ENEA早期开发并在1977年投入运行的第一代实验装置。它标志着意大利在磁约束核聚变研究中的起点。FT主要用于探索等离子体基本物理特性和托卡马克运行原理,为后续升级版本奠定技术基础。其设计属于传统托卡马克构型,主要关注等离子体稳定性、加热和约束性能的初步研究。

2.FTU(Frascati Tokamak Upgrade):1989年投入运行的紧凑高场托卡马克装置。核心参数为:大半径R=0.93m,小半径a=0.3m,磁场强度Bt=8T,等离子体电流 Ip≤1.6MA,电子温度Te∼10keV。

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3.DTT(Divertor Tokamak Test):2020年启动建设的项目,目前正在意大利弗拉斯卡蒂建设,目标是展示基于先进磁性配置或液态金属等新材料的创新聚变堆偏滤器解决方案。核心设计参数为:大半径R=2.14m,小半径a=0.7m,磁场Bt=6T,等离子体电流Ip=5.5MA,加热功率45MW。

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除了上述三个ENEA(含前身CNEN)开发的核聚变装置外,ENEA还以合作伙伴身份参与了意大利国内RFX系列装置的开发,最新的装置即RFX-Mod 2。这是一个研究反场箍缩(Reversed Field Pinch,RFP)和托卡马克(Tokamak)磁约束配置的实验设备。

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六、聚变国际合作

ITER:作为欧盟成员国的一部分,意大利ENEA通过欧盟的合作框架参与了ITER真空容器组件和超导磁体的制造。

EAST:在中欧合作框架(EU-CN)下,ENEA与中科院等离子体所(ASIPP)及CREATE组织联合开展EAST先进偏滤器位形设计、模拟和放电控制实验的研究,并取得丰富成果。

JT-60SA:在更广泛的协议框架下(Broader Agreement,BA), ENEA协调意大利工业界为该项目提供了超导电缆磁铁、密封盒、磁系统电源。 值得一提的是,来自中国的弘讯科技(股票代码:603015.SH)意大利的子公司EEI,为JT-60SA提供HDPS系列电源解决方案。

ENEA作为意大利能源与科技创新的“国家引擎”,通过FTU和DTT两大聚变装置,在欧洲乃至全球核聚变研究中占据关键地位。其跨学科整合能力(从基础科学到工业转化)和战略前瞻性(如氢能、数字化)使其成为可持续能源转型的标杆机构。未来十年,随着DTT投运和聚变技术突破,ENEA有望在“后ITER时代”成为示范堆(DEMO)技术的核心贡献者。

参考链接:

  • https://www.enea.it/it/lenea.html
  • https://www.enea.it/en/enea-agency/organizational-structure/departments.html
  • https://www.dtt-project.it/
  • https://www.enea.it/it/lenea/come-siamo-organizzati/i-dipartimenti.html