2024年5月10日，中国国际核聚变能源计划执行中心成功举行了
ITER计划增强热负荷型第一壁部件的工艺认证合同验收专家评审会。核工业西南物理研究院研发的该部件是ITER反应堆的核心组件，能够承受1亿摄氏度的高温等离子体。中国科研团队经过多年攻关，不仅解决了关键技术和工艺难题，还使原型件性能超出ITER标准，成为首个通过国际认证的ITER成员国。
一、ITER计划概览
国际热核聚变实验堆（International Thermonuclear Experimental Reactor，ITER）计划是目前世界上规模仅次于国际空间站的大科学工程计划，也是目前在建的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆。项目选址法国南部小城卡达拉什，目的是通过建造真正的反应堆级核聚变装置，验证和平利用核聚变发电的科学和工程技术可行性，是人类实现可控核聚变研究走向实用的关键一步。需要特别指出的是：ITER早期阶段不以发电为目的，而是为了验证聚变发电的可行性并证明其无负面影响。
二、ITER计划目标
ITER计划的科学目标：
- 第一阶段：建设一个能产生50万千瓦核聚变功率(能量增益因子Q=10)、重脉冲大于500秒氘-氚燃烧的托卡马克型核聚变实验堆。
- 第二阶段：探索实现具有持续(3000秒，Q>5)、稳定、高约束、高性能燃烧等离子体。
- 第三阶段：将优化燃烧等离子体至完全非感应运行模式，实现Q=3~5的稳态运行。
ITER计划的工程目标：
- 通过创造和维持氘-氚燃烧等离子体，检验和实现各种核聚变技术的集成；
- 检验各部件在核聚变环境下的性能，如辐照损伤、高热负荷等；
- 实验氚增殖包层模块（TBM）概念，发展实时、本地的大规模制氚技术。
三、ITER计划发展历程
- 1985年11月，日内瓦峰会上，时任苏联总理的戈尔巴乔夫（Mikhail Sergeyevich Gorbachev）与美国总统里根（Ronald Wilson Reagan）共同提议设立一个国际项目，以开发用于和平目的的核聚变能源。
- 1987年，美国、苏联、欧盟、日本四方开始进行ITER的设计。
- 1990年12月，ITER概念设计（CDA）完成。
- 1998年，ITER工程设计（EDA）及部分技术预研完成。由于设计造价金额高达100亿美元，美国、俄罗斯、欧盟、日本四方开始考虑修改原设计，力求在满足主要目标的前提下大幅度降低建设投资。
- 1999年，由于美国内部战略调整以及与其他三方的分歧，美国宣布退出ITER计划。
- 2001年6月，加拿大加入ITER计划，后因ITER场地选址问题于2003年退出该计划。
- 2002年，俄罗斯、欧盟、日本三方完成了ITER-FEAT（ITER-fusion energy advanced tokamak）的设计及大部分部件与技术的研发，造价已降至约46亿美元。
- 2003年初，经国务院批准，由科技部、外交部、国防科工委、中国科学院和中国核工业集团公司组成的中方代表团，参加了ITER第八次政府间谈判会议以来的所有多边、双边谈判和磋商活动，标志着中国正式加入ITER计划谈判。
- 2003年2月，美国宣布重返ITER计划。
- 2003年6月，韩国宣布加入ITER计划
- 2005年6月，ITER选址确定在法国南部卡达拉什。
- 2005年12月，印度宣布参加ITER计划。
- 2006年11月，中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方在法国巴黎共同签署了《联合实施国际热核聚变实验堆计划建立国际聚变能组织的协定》。
- 2007年10月，ITER计划正式生效，标志着ITER计划进入正式实施阶段。
- 2013年12月，ITER计划进入关键建造阶段，开始注入混凝土。
- 2017年7月，完成低温容器底座和底部柱体的安装工作。
- 2020年7月，ITER计划托卡马克装置安装工程启动。
四、ITER计划治理体系
ITER组织于2007年10月正式成立，由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国七方组成，共计35个国家（其中包括欧盟的27个成员国及英国、瑞士）参与ITER计划。ITER理事会由七名成员的代表组成，下辖3个委员会，理事会主席、副主席由理事会成员轮流选举产生，理事会负责监督ITER组织工作：
- 财务审计委员会（FAB）：根据《国际热核聚变实验堆协议》等文件对组织的年度账目进行审计。
- 科学和技术咨询委员会（STAC）：就ITER建设和运行过程中出现的科学和技术问题向理事会提供咨询。
- 管理咨询委员会（MAC）：就项目开发期间的战略管理问题向理事会提供咨询意见，如预算拨款、对本组织和工作人员有效实施特权和豁免，并建议采取行政行动以促进项目的工作。
五、ITER计划反应堆参数设计
ITER核聚变反应堆采用托卡马克装置。18个超导环向磁场、6个极向场线圈、1个中央螺线管和1组校正线圈构成了ITER强大的磁体系统，利用这些磁体系统产生的磁场来对真空容器内的等离子体进行约束和控制。装置参数设计为：大半径为6.2ｍ，小半径2.0m，环向强磁场5.3T， 等离子体电流15MA。为了达到稳态“点火”的目的，设计的总加热功率为73MW，等离子体存在时间3600s，聚变功率500MW，功率增益Q>10。同时，在物理上设计了多种运行模式，以完成不同目标的实验。
六、ITER计划进展及中国参与情况
作为东道方，欧盟对ITER计划的贡献比例达到45.46%，包括部分ITER零部件与系统的制造，以及几乎所有有关该科学研究的投资；其余六方分别承担ITER建设阶段费用的9.09%，其中90%以设备贡献，10%以现金贡献。
受技术瓶颈、新冠疫情等因素影响，ITER计划进展不及预期。根据央视网报道，截至2023年10月，ITER的土建工程已完成85%，首次等离子体放电所需的大部分系统及部件研制已完成80%。原计划2025年完成首次等离子体放电，目前来看可能还会进一步延迟。
自2008年我国科学技术部成立国际热核聚变实验堆核聚变中心以来，我国陆续承担了18个采购包的制造任务，共有上百家科研院所、企业直接参与。其中，核工业西南物理研究院、中科院等离子体物理研究所是中方参与ITER计划的主要承担单位；国光电气、安泰科技、西部超导等企业也参与了ITER计划相关部件、材料、工艺的研发和加工。
- 核工业西南物理研究院（简称“西物院”）：成立于1965年，隶属中国核工业集团有限公司，是我国最早致力于可控核聚变和等离子体物理研究的专业科研院所。2020年，西物院自主设计建造成功我国规模最大、参数最高的先进托卡马克装置--“中国环流三号”装置。作为我国参与ITER计划的重要支撑单位，西物院承担了磁体支撑、屏蔽包层模块及第一壁等ITER关键部件研制。2024年5月，西物院承担研制的增强热负荷第一壁部件顺利通过合同验收，全尺寸原型件核心指标显著优于ITER设计要求，在所有ITER成员中率先通过国际认证。
- 中科院等离子体物理研究所（简称“等离子所”）：成立于1978年，是我国热核聚变研究的重要基地，先后建成常规磁体托卡马克HT-6B、HT-6M，我国第一个圆截面超导托卡马克核聚变实验装置“合肥超环”（HT-7），世界上第一个非圆截面全超导托卡马克核聚变实验装置“东方超环”（EAST）。等离子体所承担了ITER计划中的导体、校正场线圈、超导馈线、电源、诊断等采购包和总装任务，占中国承担ITER采购包任务的绝大部分。2023年9月，等离子体所研制的ITER计划首个大型超导磁体线圈完成并交付。
- 国光电气（688776.SH）：曾是我国“一五”时期前苏联援建的国家156项重点建设项目之一，为ITER提供了偏滤器和包层系统。
- 安泰科技（000969.SZ）：ITER的钨铜复合部件的重要供应商，同时也是EAST批量提供了上偏滤器全钨复合部件的独家供应商。
- 西部超导（688122.SH）：承担了ITER中国采购包中69%的NbTi超导线、7%的Nb3Sn超导线生产任务。
- 中国核电工程有限公司：大型央企中国核工业集团有限公司的全资子公司。2019年9月，中核牵头的中法联合体与ITER组织签署主机安装一号合同（TAC1），2024年2月，双方再次签署真空室模块组装合同，这也标志着联合体已成为ITER项目主机安装的唯一承包商。
七、ITER未来展望
可控核聚变被誉为清洁能源领域的“圣杯”，但业内曾经流传着一个“永远还要50年”的魔咒。如今，随着人类对于核聚变技术的认知愈加全面，一个又一个技术难关正在被攻克，核聚变创业企业不断涌现。有理由相信ITER项目最终将会取得成功，能源革命也将会在所有科研人员的努力下加速实现迈进。
参考链接：
- http://www.ipp.ac.cn/kxcb/hjb/gjrh/
- http://ipp.cas.cn/dakexuegongcheng/iter/
- https://mp.weixin.qq.com/s/OIYmBU643-V7cSJeLVciNw
- https://www.iterchina.cn/iterlsh/index.html
- https://www.iterchina.cn/picnews/info/2024/13957.html
- https://www.cnnc.com.cn/cnnc/xwzx65/zhyw0/1404908/index.html
- https://news.cctv.com/2023/11/03/ARTIAKJ4vt4TSYrM4pN504dD231103.shtml
- https://worldscience.cn/c/2023-09-28/643767.shtml