洪荒70托卡马克装置主机系统(HH-70主机系统),是全
高温超导托卡马克装置,该装置由
能量奇点能源科技(上海)有限公司设计、研发和建设,总体安装由中国核工业第五建设有限公司承建施工。
能量奇点独立研发的洪荒70托卡马克装置主机系统,是一台直径3米左右的原型机。装置的全部磁体系统,包括环向场线圈、极向场线圈和中心螺线管(CS)线圈,均采用高温超导材料建造。2022年,能量奇点与
上海电气核电集团签署协议,就洪荒70托卡马克主机加工定制达成合作。2023年8月15日,洪荒70高温超导托卡马克装置总体安装正式启动。计划于2023年底建成运行。
洪荒70托卡马克装置主机系统建成后,目标是在完整装置层面验证
高温超导托卡马克技术路线的工程可行性。2023年10月7日,全球首台全高温超导托卡马克装置HH-70主机系统发运仪式暨新一代主机系统合作协议签订仪式在上海电气核电集团举行。2024年6月18日,洪荒70托卡马克装置成功实现
等离子体放电。
研究历程
2022年12月26日,
能量奇点能源科技(上海)有限公司与
上海电气核电集团签署协议,就洪荒70托卡马克主机加工定制达成合作,上海电气核电集团将作为托卡马克装置主机系统
关键设备供应商,为能量奇点定制加工洪荒70托卡马克主机系统三大关键设备:真空室、杜瓦和冷屏。
2023年8月15日,洪荒70
高温超导托卡马克装置总体安装正式启动。洪荒70由能量奇点设计、研发和建设,总体安装由
中核五公司承建施工。双方团队将密切合作,共同确保洪荒70装置总装尽快顺利完工。8月17日,
能量奇点能源科技(上海)有限公司官方宣布,洪荒70高温超导托卡马克装置最大尺寸磁体PF4(第4号极向场线圈)研制完成。据介绍,PF4直径约3米,是洪荒70托卡马克所有26个磁体中尺寸最大的,也是中国目前尺寸最大的高温超导托卡马克磁体。能量奇点表示,洪荒70
高温超导托卡马克装置总体安装正式启动,计划于2023年底建成运行。
2023年10月7日,全球首台全高温超导托卡马克装置HH-70主机系统发运仪式暨新一代主机系统合作协议签订仪式在
上海电气核电集团有限公司成功举行。
2024年6月18日,全球首台由商业公司研发建设的洪荒70托卡马克装置成功实现
等离子体放电。
装置创新性
“奇门系统”是
能量奇点能源科技(上海)有限公司独立研发的一套基于AI的等离子体运行控制系统,将首先应用于“洪荒70”的运行控制,并持续迭代升级。
相关原理
20世纪50年代初,
苏联科学家提出了磁约束的概念,并于1954年建成了第一个磁约束装置。这就是托卡马克(Tokamak),它是
俄语“磁线圈环形真空室”的缩写。
托卡马克这个词是转写俄语单词токамак,是一个缩写: 它的名字Tokamak来源于环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)。指的是“带有电磁线圈的环形真空室”。
托卡马克最初是由位于苏联
莫斯科的库尔恰托夫研究所的物理学家
伊戈尔·塔姆,
安德烈·德米特里耶维奇·萨哈罗夫,和
列夫·阿齐莫维奇等人在1950年代发明的,如今已在世界范围内被采用,成为最有前景的磁约束核聚变装置。它的中央是一个环形真空,外面围绕着线圈。通电时其内部会产生巨大螺旋形
磁场,将其中的
等离子体加热到很高温度,以达到受控
核聚变的目的。
托卡马克装置的环形设计是其主要结构特征,首先向环形真空室内充入一定气体,在
微波等预
电离手段的作用下,产生少量离子,然后通过感应或者微波、中性束注入等方式,激发并维持一个强大的环形
等离子体电流。这个等离子体电流与外面的线圈电流一起,产生一定的螺旋型磁场,将其中的等离子体约束住,并使其与外界尽可能地绝热。这样,等离子体才能被感应、中性束、离子回旋共振、电子回旋共振、低杂波等方式加热到上亿度的高温,以达到
核聚变的目的。
结构及特点
能量奇点能源科技(上海)有限公司独立研发的洪荒70托卡马克装置主机系统,是一台直径3米左右的原型机。“洪荒70”装置的全部磁体系统,包括环向场(TF)线圈、极向场(PF)线圈和中心螺线管(CS)线圈,均采用
高温超导材料建造。
洪荒70高温超导托卡马克装置最大尺寸磁体PF4(第4号极向场线圈)直径约3米,是洪荒70托卡马克所有26个磁体中尺寸最大的,也是中国目前尺寸最大的高温超导托卡马克磁体。PF磁体的主要功能包括驱动等离子体电流和稳定等离子体位形。6个PF磁体将和另外8个CS磁体一起提供洪荒70的极向
磁场。
应用
核聚变是
太阳和
恒星的能量来源。在这些星体核心的巨大热量和重力下,氢
原子核相互碰撞,聚合成更重的氦原子,并在此过程中释放出大量能量。
20世纪的聚变科学确定了实验室环境中最有效的核聚变反应是两个氢
同位素和之间的反应。在实验室中实现聚变必须满足3个条件:极高的温度、足够的
等离子体粒子密度以及足够的限制时间。在托卡马克装置内部,在极高的热量和压力的影响下,气态氢燃料变成了等离子体,该环境为氢原子发生核聚变并产生能量创造了条件。
托卡马克装置是一种利用磁约束来实现受控
核聚变的环形装置。它的中央是一个环形真空,外面围绕着线圈。通电时其内部会产生巨大螺旋形
磁场,将其中的等离子体加热到很高温度,以达到受控核聚变的目的。
研究意义
洪荒70托卡马克装置主机系统建成后,目标是在完整装置层面验证
高温超导托卡马克技术路线的工程可行性以及运行过程中的安全性与磁体的鲁棒性,并探索适用于下一台先进托卡马克装置的电流驱动手段。