2024年1月8日-9日,中韩核聚变领域双边合作联合协调委员会第十一次会议(JCM-11)在四川成都召开。JCM旨在加强中韩双方在磁约束核聚变及相关领域的合作,共同推进ITER计划的联合实施。韩国聚变能源研究院(Korean Institute of Fusion Energy,KFE)作为韩国唯一专门从事核聚变研究的机构,也参加了本次会议。3月,KFE宣布其超导托卡马克先进研究装置KSTAR成功实现在1亿摄氏度的温度下,将等离子体维持了48秒,一举打破了2021年创造的31秒的记录。
一、基本概况
韩国聚变能源研究院(Korean Institute of Fusion Energy,KFE),坐落于被誉为“韩国硅谷”的大田市,并在全罗北道(现“全北特别自治道”)设有等离子体技术研究所。KFE的前身是2007年9月成立的韩国国家聚变研究所(National Fusion Research Institute,NFRI),2020年更名为KFE,现有员工约550人。
KFE代表了韩国核聚变能源相关研究的最高水平,同时也是国际热核实验堆ITER的主体成员单位。KFE致力于在运营KSTAR基础上开发核聚变商业化的核心技术,同时培养优秀的核聚变人才,以此促进国民经济的发展并提高人民福祉。
二、组织目标
KFE有三大目标:
1. 通过聚变能实现能源自给自足a. 推进聚变反应堆的运行技术b. 确保聚变燃料系统技术的安全c. 开发聚变工程技术
2. 通过等离子技术提高生活质量a. 创新等离子体技术,促进资源循环b. 推进生物等离子体技术c. 开创性的尖端等离子体技术
3. 培养协作式研发环境a. 提高公众对聚变能的了解b. 开创尖端等离子体技术c. 加强公私伙伴关系
三、组织架构
KFE主要设置有五大研发中心和三大运营中心,其名称及功能分别如下:
-KSTAR研发中心:主要开展等离子体控制、磁流体动力学、输运、等离子体-壁相互作用、H&CD等领域研发。
-托卡马克运行研发中心:主要开展低温系统、冷却系统、SC系统、电源系统等方面研发。-聚变工程中心:主要开展DEMO设计集成、包层、高温超导、DEMO辅助系统等领域研发。-聚变数字科技研发中心:主要开展模拟研究、理论建模、数据处理技术等领域的研发。-等离子体技术研发中心:主要开展等离子体基础技术、等离子体应用等领域的研发。-政策与战略部:主要负责政策研究、国际合作等事务。-规划与协调部:主要负责计划、预算、科研管理、质量管理等工作。-行政管理部:主要负责人力资源、财务、知识产权、采购管理、安保等工作。
四、工作职责
KFE工作职责包括:
-聚变能基础技术研究与开发和示范
-参与国际热核聚变实验堆(ITER)项目并获得核心技术
-与聚变能相关的安全和技术规范和标准的研究
-等离子体科学与技术的研究与开发
-支持核聚变研究设备设施的验证试验和公众利用
-聚变能政策研究以及技术信息的收集、提供和传播
-与政府、私营企业和企业进行研究开发合作,并提供技术服务
-与包括技术商业化在内的相关行业(中小型企业)的支持和合作
-在主要任务领域培训专家,支持制定相关技术政策
五、发展历程
-1995年12月,完成国家聚变研究与开发总体规划并启动相关项目。
-1996年1月,成立聚变研究开发项目中心。
-2022年9月,核聚变实验大楼竣工。
-2003年6月,韩国正式加入ITER计划。
-2004年1月,KSTAR开始组装和系统安装工作。
-2005年10月,国家核聚变研究中心(NFRC)成立。
-2005年12月,《韩国国家聚变能发展总体规划》通过。
-2006年12月,发布《聚变能开发促进法》(第8079号法)。
-2007年9月,更名为国家聚变研究所(NFRI),同年KSTAR正式竣工、ITER Korean 成立。
-2008年7月,宣布KSTAR产生第一个等离子体。
-2009年9月,庆祝首次全面KSTAR实验仪式。
-2010年11月,宣布在KSTAR中实现H模式。
-2011年11月,成功缓解KSTAR 等离子体中的边缘局部模式(ELM)。
-2011年12月,制定《聚变能发展第二个框架规划》。
-2012年11月,KFE群山等离子体技术研究中心成立。
-2013年10月,新的NFRI主楼竣工。
-2017年4月,第三次制定《聚变能发展基本推进规划》。
-2018年12月,KSTAR等离子体离子温度首次达到1亿度。
-2020年11月,NFRI更名为韩国聚变能研究院(KFE)。
六、韩国核聚变装置
韩国的热核聚变研究起步虽然较晚,但是政府在政策方面给予了很大支持和倾斜,因此在本世纪初韩国的核聚变研究就具备了一定的技术实力。当前在运行的主要是KSTAR,历史上还涌现出国立首尔大学和其他机构开发的聚变研究装置,如SNUT-79、KT-1、HANBIT等等。
1. KSTAR:即Korea Superconducting Tokamak Aavanced Research,即韩国先进超导托卡马克研究装置。2007年建成的托卡马克实验装置。该装置有三个主要科学目标:通过主动控制等离子体横截面和输运来增强托卡马克的稳定性;探索非感应电流驱动实现托卡马克聚变反应堆稳态运行的方法;积累最佳等离子体特性和连续运行经验。装置主要参数为:大半径1.8m,小半径0.5m,环向磁场3.5T,等离子体电流2MA,脉冲宽度20s-300s。
2. SNUT-79:国立首尔大学于1979年启动建设的一台托卡马克装置,也是韩国的第一个聚变研究装置。1980年产生了第一个等离子体。
3. KT-1:韩国原子能研究所于1983年启动建设的一台小型托卡马克装置,主要用来研究等离子体与材料相互作用、等离子体约束改进以及边缘等离子体的输运参数情况。1996年退役。主要参数为:大半径27cm,小半径4.25cm,环形磁场约为2.6T,等离子体电流为15KA。
4. KAIST Tokamak:韩国科学技术院研发的一台托卡马克装置。主要参数为:大半径0.53m、小半径0.14m、环形磁场0.5T、等离子体电流40KA、脉冲长度100ms。
5. HANBIT:韩国基础科学研究所开发的一台中型磁镜装置,主要用来从事基础等离子体方面的研究,包括基础等离子体诊断和射频/微波加热方法的开发等。
6. VEST:即Vesatile Experiment Spherical Torus,多功能实验球形环面装置。国立首尔大学于2012年建成的韩国首个球形环面托卡马克装置。该装置主要用来从事等离子体启动、加热和电流驱动、偏滤器等方面的研究。主要参数为:大半径0.4m,长径比>1.3,环形磁场为0.1T。
参考链接:
- https://www.kfe.re.kr/menu.es?mid=a20102030000
- https://www.kfe.re.kr/menu.es;jsessionid=C25B5A2DD9DDEF16DF044DCF7BB30175?mid=a20103010000
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1567173901000621
- https://www.kns.org/files/pre_paper/35/16S-186%EC%9D%B4%EB%8F%99%EC%9B%90.pdf