IAE　2022 07 07

"Artificial sun" nuclear fusion has become the best solution to energy and climate problems - the world's largest "artificial sun" nuclear fusion device International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)

Nuclear fusion becomes the best solution to energy and climate problems

人造太陽」核聚變成解決能源及氣候問題最理想方案

ITER 項目將在法國南部建造一座聚變反應堆，將成為世界上第二昂貴的研究項目，僅次於國際空間站。 波蘭研究人員參與了該項目。

有「人造太陽」之稱、世界最大的核聚變裝置國際熱核聚變實驗堆（ITER）２０２０年7月28日於法國開始組裝。新裝置將用作實驗和研究核聚變實用化的可行性，若成功將能實現以少量清潔燃料產生大量能源，成為人類解決能源及氣候問題的理想方案。

英國《衛報》報道，項目參與國的代表當日參與了「人造太陽」ITER的安裝啟動儀式。該項目由歐盟、中國、美國、俄羅斯、英國、印度、日本和韓國聯合建設，共耗資200億歐元。

JT-60SA 示意圖

所謂核聚變，是核反應的一種。不過與核裂變由較重的原子分裂成較輕原子不同，核聚變是由輕變重的融合過程。兩者同樣可在過程中釋放能量，因此同被視為能量來源之一。

ITER 項目將在法國南部建造一座聚變反應堆，將成為世界上第二昂貴的研究項目，僅次於國際空間站。波蘭研究人員參與了該項目。

ITER（國際熱核實驗反應堆）正在法國南部的卡達拉什建造，以探索通過核聚變生產能源的可能性。同樣的反應是恆星的能量來源，包括太陽。假設託卡馬克（聚變動力反應堆）產生的能量至少是其消耗的 10 倍。

ITER項目涉及歐盟、中國、印度、俄羅斯、美國、日本和韓國——這些國家共同擁有一半以上的人類。最初假設該項目的成本將達到數十億歐元，但現在有傳言稱其成本為 200 億歐元。歐盟將為該項目提供 50% 的資金，其他每個國家最多提供 10%。

波蘭以及歐洲原子能共同體 (EURATOM) 的其他成員國可能會參與投標並爭取參與研究。這些國家的份額由 Fusion For Energy (F4E) 協調。

華沙等離子體物理與激光微聚變研究所（Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy，IFPiLM）副主任 Roman Zagórski 教授在接受 PAP 採訪時表示，ITER 裝置的核“燃料”將包含氘和氚。它們是氫同位素，其原子核中有額外的中子。在適當的條件下，氫同位素原子核轉變成氦原子核，釋放出高能量。

弗羅茨瓦夫科技大學的 Maciej Chorowski 教授解釋說，反應堆內的等離子體（熱電離氣體）的溫度將達到 1 億攝氏度，幾乎是太陽內部溫度的 10 倍。沒有一種可用的材料可以將如此熱的介質放置在正確的位置。由於等離子體的電和磁特性，這將成為可能。電離氣體可以在磁阱中封閉。等離子實際上會懸浮在真空室中而不會與牆壁接觸。

為了產生如此強的磁場，科學家們將需要極其強大的超導磁體。 “磁鐵必須冷卻 - 用液氦冷卻到 269°C。所以我們有一個悖論：在一台機器中，在緊鄰的地方，我們的溫度高於太陽內部，而且溫度非常低” - Chorowski 教授指出。自 2008 年以來，弗羅茨瓦夫科技大學的研究人員一直參與低溫冷卻系統的設計。他們的任務包括驗證氦氣分配系統和對冷卻系統進行風險分析。

200 台超高速攝像機將監測真空室中的磁鐵是否保持等離子體，以及它是否具有適當的特性。相機觀察等離子和託卡馬克組件，提供有關其溫度的信息。信息還將實時發送到控制系統，從而確保生成的等離子體的穩定性。 “來自羅茲理工大學的團隊使用現代技術和標準為 ITER 設計控制和數據採集系統”——羅茲理工大學的 PAP Dariusz Makowski 說道。他解釋說，這包括用於相機圖像的處理軟件、數據傳輸和歸檔系統。 Makowski 博士指出，高分辨率、百萬像素相機將以每秒 1000 幀的高速拍攝。這將產生大量需要正確處理和存檔的數據。羅茲科技大學的研究人員負責開發這樣一個系統。

F4E 為 ITER 委託的研究還涉及來自 AGH 科技大學的研究人員，他們參與了一個國際財團的工作。 “ITER 屏蔽包括在中子場中產生氚的材料。允許它產生氚的元素是鋰” - 告訴 PAP Eng。 AGH 的 Wladysław Pohorecki。他解釋說，他的團隊提出並開發了一種方法，可以直接在一種擬議的肥沃材料中測量氚。

IFPiLM 和克拉科夫核物理研究所也開展了 F4E 委託的工作。這涉及設備的設計，該設備將測量從 ITER 等離子體（所謂的徑向中子相機）發射的中子的空間分佈。特別是，研究人員的任務包括選擇合適的探測器、構建原型和開發校準系統。

波蘭公司也可以競爭F4E訂單和參與ITER項目。波蘭公司參與 ITER 項目的協調員弗羅茨瓦夫科技園的代表在 3 月中旬通知 PAP，只有一家波蘭公司參與了該項目。去年年底，位於弗羅茨瓦夫的 SMT Software 贏得了 F4E 的 IT 訂單招標。該協議涵蓋全面的 IT 服務，即軟件開發、系統性能測量和諮詢服務。

華沙等離子體物理和激光微聚變研究所副所長解釋說，ITER 的主要目標不是將產生的能量轉化為電能。 “ITER 的主要目標是表明我們可以保持受控的熱核聚變” - Zagórski 說。然而，他承認，在 ITER 進行的研究應該有助於建造第一座聚變發電廠。

Chorowski 教授補充說，雖然 ITER 項目的主要目標是發展科學，但“如果它不是高科技產業的市場，這個項目永遠不會得到資助”——Chorowski 教授評論說，並補充說它是一種形式 “行業公共工程”。 “有意識的經濟體將這樣的項目視為自我發展的一部分，而像我們這樣的經濟體——實際上是輔助性的——經常在沒有長期利益的情況下進行 ITER 等裝置的建造工作”——他評論道 . 他認為，波蘭應該利用參與該項目所提供的機會。

 

為何被稱為「人造太陽」？

在自然界中核聚變的最好例子是太陽，太陽以具大質量把氫不停壓縮，讓氫原子碰撞在一起。因原子核帶正電，氫原子在壓縮同時互相排斥，當壓力達到一個程度，排出的能量便會大過壓縮所需的能量，而這就是太陽的能量泉源，也是ITER「人造太陽」之意。

 

核聚變的作用早在人類研究核裂變的時候發現，人類最早實現核聚變的應用是氫彈，透過同時發生核裂變和核聚變，產生具大爆炸威力。

 

不過要讓核聚變成為能量來源，就必須加以控制。今天ITER的建造，最終目的之一就是尋找核聚變商用發電的可行性。

 

與使用核裂變技術的傳統核電廠不同，核聚變需要的是氘或氦-3（氫與氦的同位素），海水有大量的氘，而月球表面有大量的氦-3，原料來源較鈾豐富得多。

ITER託卡馬克磁聚變裝置的真實模型

託卡馬克是一種利用磁場將等離子體限制在環形室中的裝置，它可以在高性能核聚變反應堆的開發中發揮關鍵作用。 ITER 託卡馬克將成為世界上最大的核託卡馬克，特別有可能影響未來核反應堆的製造方式。

ITER 是一項高度複雜的技術，它使用全新的策略，這意味著建造它的人面臨著前所未有的挑戰。為了促進 ITER 託卡馬克的設計和運行，世界各地的科學家一直在進行所謂的核分析，旨在從理論上檢驗其結果和潛力。

到目前為止，基於 ITER 反應堆收集的數據的核分析依賴於僅代表託卡馬克特定部分的詳細但部分模型。然而，這些模型存在局限性和無法量化的不確定性，隨著機器設計的進步而變得明顯。與其安全性和操作相關的那些是特別相關的。

考慮到這一點，遠距離國家教育大學 (UNED) 的研究人員最近開發了 E-lite，這是 ITER 託卡馬克的詳細而逼真的蒙特卡洛 N 粒子傳輸 (MCNP) 模型。該模型發表在 Nature Energy 上的一篇論文中，有可能顯著提高評估這種磁聚變裝置的核分析的可靠性和精度。

“由於幾十年前的計算限制，全世界的 ITER 中子學界，包括我們自己（UNED 的 TECF3IR 研究團隊），迄今為止一直在使用 ITER 託卡馬克的部分模型，”Rafael Juarez，其中一位進行這項研究的研究人員告訴 Phys.org。 “然而，從那以後，計算機能力有了顯著發展。此外，近年來，我們使用的計算代碼也取得了進步，其中一些是由 TECF3IR 啟用的。”

更先進的計算機和更複雜的代碼的發展最終促成了越來越現實和復雜的託卡馬克模型的創建。 因此，在過去幾年中，世界各地的研究人員引入了許多新的部分模型，用於核分析。 或者，根據應用，還考慮了整機的簡化模型。 儘管如此，這些模型都沒有捕捉到機器的完整、詳細的表示，工程師希望能夠高度自信地確定反應堆的安全和運行質量。

“到 2018 年 9 月，在 UNED，我們正在與 ITER 組織和 Fusion for Energy 合作對少數部分模型進行改進，我們將這些點聯繫起來：我們意識到我們已經能夠改變方法，而不是改進它”華雷斯說。 “我想說，這是多年來積累的證據，有人只需要聯繫起來，以便了解整個社區在過去幾年中取得的巨大進步的影響。這啟發了我們創建一個完整的模型用於核分析的 ITER。我們試過了，它奏效了。

研究人員設計的 MCNP 模型很大程度上受到了以前的部分模型的啟發，包括所謂的 C 模型。部分模型被認為是不保留的，並由用戶針對特定應用進行定制。

新模型以塊狀結構排列，模塊化部件代表 ITER 託卡馬克的特定組件。為了開發它，研究人員在七個實例中展開了先前設計的 C 模型的塊結構，覆蓋了託卡馬克的 280 度，然後添加了剩餘 80 度的詳細表示，其中包含託卡馬克的中性束注入器。隨後，他們對模型進行了調整和修改，以確保它也考慮了機器的一些不對稱性。

“這些塊充滿了機器特定組件的最新可用 MCNP 表示，”華雷斯說。 “對稱組件的表示，如分流盒，重複出現，而其餘部分，如診斷端口插頭，則出現在單個實例中。一般來說，我們可以說 E-lite 在很大程度上是一個正確排序的模型的馬賽克，並保持了它的前身是一個可維護和可調整的模型。”

Juarez 和他的同事設計的模型與以前的 ITER 託卡馬克模型之間的主要區別在於它不需要邊界條件來表示整個設備。另一方面，新模型捕獲了設備的完整幾何形狀，包括塑造輻射場的不對稱性。以前的模型沒有考慮這些不對稱性，這是不確定性的來源並導致結果不可靠。

“現在可以估計與使用部分模型相關的 ITER 託卡馬克核反應的不確定性，”華雷斯說。 “或者，可以直接在 E-lite 中進行核分析以避免這種不確定性。這通常會在不同程度上影響每個數量，其中一些與超導線圈的核熱、in-測量等離子體功率的輻射探測器的原位維護或校準。”

Juarez 和他的同事證明，創建一個完整的、異構的 ITER 託卡馬克 MCNP 模型現在在計算上是可行的。此外，他們表明，這樣的模型將比現有的部分模型更加可靠和準確。

該模型很快就會用於進行核分析，使研究人員能夠更加確定地評估反應堆的可能安全性和可靠性。此外，最近的這項研究可能會啟發全球其他研究團隊設計其他復雜核系統的 MCNP 模型。

“在TECF3IR，我們有兩條工作線，第一條與改進用於核分析的方法和工具有關，”華雷斯說。 “我們目前正在研究一種從 CAD 轉換為 MCNP (GEO-UNED) 的工具和新的方差減少技術，以加速在蒙特卡洛方法中確定關閉劑量率。我們還在研究新的和更準確的方法來確定受輻射的流體的放射性庫存的時間演變，與數十種應用相關。”

除了為核分析相關研究設計更好的工具外，研究人員目前正在對全球核設施進行高精度的核分析。因此，他們計劃繼續與 ITER 組織以及全球其他致力於核技術的團隊合作。

“我們還在 EUROfusion 財團的保護下開展各種項目：(i) IFMIF-DONES 設施，一種用於聚變相關研究的特殊粒子加速器，與我們具有高度相關性的長期合作，(ii) JET（聯合歐洲環面）是當今運行中最強大的核託卡馬克裝置，具有獨特的活動，例如在聚變環境中對代碼進行實驗驗證，（iii）未來歐洲反應堆 DEMO 的設計，當然，我們計劃在其中繼續參與其中，”。

人造太陽：迄今為止的成就

 

根據維基百科，這個名字 (ITER) 最初是英文 International Thermonuclear Experimental Reactor 的縮寫，現在這個名字與拉丁詞 iter - path 相關。

研究人員真正將 ITER 視為人造太陽。在一個真空室中，一個 10 層樓的大小，高 30 米，高度相等，旨在產生工業規模的熱核聚變過程，為我們的恆星提供動力。

俄羅斯不僅是這個雄心勃勃的科學項目的主要合作夥伴之一，也是其最古老的成員。全世界目前都在嘗試不加修飾地執行核反應堆的一般概念，在原子能研究所的蘇聯研究人員中佔有一席之地。

從概念上講，熱核聚變是一種無限的能源。僅僅幾克氫燃料就足以為許多家庭提供電力和熱量，一個菠蘿大小的“煤球”可以恢復 10 噸煤。

與核電廠或傳統熱電廠不同，核反應堆不會排放溫室氣體污染大氣，也不會留下有害的放射性廢物。

項目成員強調 ITER 是一個試驗堆。這當然不是核電站，而是進行特殊物理實驗的場所。儘管如此，如果一切按計劃進行，這個實驗將決定地球上所有能源的最終命運。

韓國人造太陽

2020 年 11 月 24 日星期二，韓國聚變能源研究所（KFE）KSTAR 研究中心宣布，在與美國哥倫比亞大學和首爾國立大學（SNU）的聯合研究中，它成功地連續運行了等離子體20秒，離子溫度超過1億度，這是2020年KSTAR等離子體運動的主要核聚變情況之一。

2019年KSTAR等離子運動期間，多次延長8秒等離子活動持續時間，是一項成就。在其2018年的分析中，KSTAR首次達到1億度的等離子體離子溫度，其保留時間約為1.5秒。

為了重現地球上發生在太陽中的反應，氫同位素應該被放入像 KSTAR 這樣的聚變裝置中，以形成電子和離子分離的等離子體狀態，並且離子應該被加熱並保持在高溫下。

到目前為止，其他聚變裝置已經在 1 億度或更高溫度下暫時管理等離子體。這些融合設備都沒有突破保持操作 10 秒或更長時間的限制。它是典型導電裝置的操作屏障，在如此高的溫度下，很難在很長一段時間內在聚變裝置中保持穩定的等離子體狀態。

儘管在高溫等離子體操作方面取得了成就，但 KSTAR 研究中心對包括 ITER 研究在內的各種主題進行了檢查，旨在在剩餘的檢查時間範圍內解決聚變研究中的複雜問題。

KSTAR的最後一個目標是到2025年在離子溫度超過1億度的情況下連續運行300秒。

這是一個正在開展的全球性項目，旨在使核聚變成為現實，稱為 ITER（拉丁語中的“道路”）——能源世界的復仇者聯盟，如果你願意的話，有七個成員實體（日本、歐盟、俄羅斯、美國、 韓國、中國和印度）在法國南部的 Saint-Paul-lez-Durance 合作建造一個實驗反應堆。

一種高效、高度安全、環保的電力形式，燃料供應幾乎取之不盡。這當然是夢想成真。那為什麼夢想還沒有實現呢？

嗯，聚變反應堆比人類歷史上建造的任何東西都複雜，它們的發展——目前正在進行中——需要各種尖端技術的結晶。例如，要產生聚變，首先必須通過將電子與原子核分離，將氫燃料轉化為等離子體。這種等離子體需要在真空中產生並加熱到超過 1 億攝氏度的溫度。等離子體還必須通過強大的磁場控制在反應器內部。穩定地產生這些磁場需要使用超導線圈。

聚變反應堆中使用的組件很大，但需要毫米級的尺寸公差。從某種意義上說，聚變反應堆是各種尖端技術的集合。

“要製造 TF 線圈，我們需要知識淵博，精通各個領域。 當然，超導知識，還有線圈的電氣工程和電磁學知識，以實現 ITER 所需的高性能。 流體動力學和熱力學知識以分析線圈內冷卻劑的流體特性，以及從製造的角度來看，了解所涉及的各種材料的材料工程知識。 組裝過程本身也需要高水平的焊接和加工技術。 我認為這些 TF 線圈可能是有史以來第一個此類對象，涉及來自多個領域的此類高級技術，” Kajitani 說。

代代相傳的技術，為傳說中的融合夢想
日本和歐盟共同開發的JT-60SA的作用之一是補充ITER的研發。 JT-60SA 是一種實驗性聚變裝置，是 1970 年代設計和開發的 JT-60 和 1980 年代 JT-60U 的繼任者。

聚變需要氫燃料變成等離子體——一種類似於氣體的電離狀態。但要實現聚變，等離子體必須加熱到1億多攝氏度。 JT-60SA將利用超導體產生的磁場控制等離子體，並在極熱和壓力的影響下，為聚變研究創造理想的等離子體環境。

“從聚變中提取能量有三個重要參數——等離子體的溫度、密度和限制時間。目前，我們正試圖弄清楚如何增加等離子體粒子密度，同時將等離子體限制在更高的溫度下更長的時間。對於 ITER，我們的一項基本任務是使用氘和氚產生燃燒等離子體。因此，ITER 的設計基於已被證明在三個重要參數方面高度可靠的操作方法。然而，JT-60SA 的設計使我們可以進行更具挑戰性的實驗並產生更高效的等離子體。我們可以增加等離子體相對於磁場的壓力，並進行更有意義的實驗，這將有助於設計未來的商業聚變反應堆，”Wakatsuki 說。

JT-60SA 的實驗將於 2020 年開始。如果這些實驗成功地穩定和維持等離子體，它將成為能夠發電的聚變反應堆的墊腳石。事實上，人們不僅對國際 ITER 項目充滿期待，對前沿研究也充滿期待。

當然，這項針對 JT-60SA 的高水平研究也將推動 ITER 的組裝，計劃於 2025 年運行，穩步推進。 除此之外，還有一個完整的路線圖——一個可以通過聚變實際發電的原型反應堆“DEMO”，以及可以實際向電網供電的商業反應堆。 我們的三位受訪者中的每一位都在開發過程的第一線工作，他們都強調了長期的融合技術將如何傳遞給未來。

 

慈善經濟主義基本理念與行為的使命目標（Mission goals of the basic concept and behavior of charity economicism)，以永續發展生命生存價值最大化為目的（The purpose of sustainable development of maximization of the value of life for the purpose)，生命價值涵蓋範圍有（The value of life Scope)：

 

1‧追求最大化生命生存與精神平衡基本權利 (Pursuit of the fundamental right to maximize the survival of life and spiritual balance or equilibrium)

2‧追求最大化平等教育機會 (Maximize equal educational opportunities)

3‧追求最大化慈善經濟制度（Maximize the charity economic system)

4‧追求最大化慈善經濟權利、自由與機會（Maximize the freedom of opportunity for charitable economic rights)

5‧追求最大化計劃性社會福利制度（Maximize the planned social welfare system)

6‧追求最大化永續綠色地球發展（Maximize sustainable green earth development)

7.追求最大化科技創新與人文精神平衡權利 （Pursure to maximize the balance scientific、technological innovation and humanism)

8‧追求最大化全球和平（The pursuit of maximizing global peace)

9.追求最大化太空宇宙銀河星系慈愛與和平精神（Pursuit of Maximization of Mercy and Peace in the Cosmic Galaxy)

10.追求最大化共享全球之慈愛智慧精神文明 （pursue spirtitual civilization that Maxine’s the love and wisdom of the world.)

IAE國際學士院慈善經濟（全球）「改變」資本主義自利心念思想，「選擇」慈善經濟主義核心理念與行為，「當下」瞬間時空不滅定律：「當下」瞬間選擇慈愛至善心念情境至利他立人行為，自我天天面對資本主義「自利貪婪」市場經濟情境即可改變。胡適之說：「要怎樣收獲，就那樣哉。」，更顯現莎士比亞所說：「希望在何時（當下）何地都是支撐生命的安全力量。

現代經濟公民過去不能掌控或選擇百年前資本主義於西方誕生與實行，未來也不能準確預測或掌控資本主義失衡與失靈經濟災難或將來更大於人類生存的資源不平等分配與精神心靈上的傷害。

選擇「慈愛至善」當下 . 首提出..瞬間時空不滅定律 改變生命路徑**慈善經濟主義（全球）思論*

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