ITER 托卡马克原理图.信用：ITER 组织

作为可持续能源的突破，国际 ITER 项目已经完成了世界上最大的超导磁体系统的组件，该系统旨在限制过热等离子体并产生比其消耗的能量多十倍的能量。

托卡马克的这个“电磁心脏”是通过 30+ 个国家合作创造的，是科学和外交的胜利。

ITER 实现里程碑

在向清洁能源迈出的重大一步中，国际 ITER 项目已经完成了世界上最大、最强大的脉冲超导磁体系统的建造，旨在帮助释放为太阳能提供动力的相同类型的能源。

ITER（发音为“eater”）是 30 多个国家/地区之间的大规模合作，所有国家/地区都共同努力证明聚变能可以成为地球安全、无限且无碳的能源。

拼图的最后一块是在美国制造和测试的高耸的中央螺线管磁铁，其强度足以举起一艘航空母舰。一旦安装在法国南部的 ITER 设施，它将作为聚变反应堆的动力源，与来自俄罗斯、欧洲和中国的六个巨大的环形磁体一起工作。

该磁体系统的总重量将近 3,000 吨。它构成了 ITER 托卡马克的电磁心脏，托卡马克是一个未来主义的甜甜圈形反应堆，旨在复制地球上恒星的能量。

在 ITER 施工现场的托卡马克坑中安装第一块超导磁体 Poloidal Field Coil #6。真空容器组装完成后，中央螺线管将安装在中心。信用：ITER

这种脉冲超导电磁系统是如何工作的？

步骤 1.几克氢燃料（氘和氚气）被注入 ITER 巨大的托卡马克室。

步骤 2。脉冲磁体系统发送电流使氢气电离，产生等离子体，即带电粒子云。

步骤 3。磁体形成一个“隐形笼”，限制和塑造电离等离子体。

步骤 4。外部加热系统将等离子体温度提高到 1.5 亿摄氏度，比太阳核心的温度高十倍。

步骤 5。在此温度下，等离子体粒子的原子核结合并聚变，释放出大量热能。

中央螺线管的第六个模块，于 2025 年 4 月在 General Atomics 完成。当与其他五个已完成的模块结合使用时，中央螺线管将形成 ITER 托卡马克和脉冲磁体系统的中心

聚变的巨大能量回报

在全面运行时，ITER 预计将仅用 50 兆瓦的输入加热功率产生 500 兆瓦的聚变能，增益增加了十倍。在这个效率水平下，聚变反应大部分是自热的，成为“燃烧的等离子体”。

通过集成工业规模聚变所需的所有系统，ITER 正在为其 30 多个成员国提供庞大而复杂的研究实验室，提供优化商业聚变能所需的知识和数据。

        ITER 是由 30 多个国家/地区组成的国际合作项目，旨在证明聚变（太阳和星星的力量）作为地球丰富、安全、无碳能源的可行性。

全球统一的象征

ITER 的地缘政治成就也很显着：ITER 的七个成员——中国、欧洲、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国的持续合作。数以千计的科学家和工程师贡献了来自三大洲数百家工厂的组件，以制造一台机器。

ITER 总干事 Pietro Barabaschi 说：“ITER 的独特之处不仅在于其技术复杂性，还在于在不断变化的政治格局中支撑着它的国际合作框架。

“这一成就证明，当人类面临气候变化和能源安全等生存挑战时，我们可以克服国家差异以推进解决方案。”

“ITER 项目是希望的化身。通过 ITER，我们展示了可持续能源的未来和和平的前进道路是可能的。

策略性知识转移措施

2024 年，ITER 实现了 100% 的建设目标。随着大部分主要部件的交付，ITER 托卡马克现在处于组装阶段。2025 年 4 月，第一个真空容器扇区模块入托卡马克坑，比计划提前了大约 3 周。

将合作扩展到私营部门

在过去的五年里，私营部门对聚变能源研发的投资激增。2023 年 11 月，ITER 委员会认识到这一趋势所代表的价值和机会。

他们鼓励 ITER 组织及其国内机构积极与私营部门合作，转让 ITER 积累的知识，以加快实现聚变的进展。

在2024年，ITER启动了一个私营部门融合参与项目，该项目通过多种渠道分享知识、文档、数据和专业知识，以及在研发方面的合作。这项技术转让计划包括共享 ITER 全球聚变供应链的信息，这是向成员国政府及其公司回报价值的另一种方式。

2025 年 4 月，ITER 举办了一次公私研讨会，以合作开展最佳技术创新，以解决聚变的剩余挑战。

法国南部正在进行的 ITER 实验。托卡马克建筑是中心的镜像结构。由 ITER Organization/EJF Richhe 提供。

会员国的协调贡献

根据 ITER 协议，成员以构建和供应组件的形式贡献构建 ITER 的大部分成本。这种安排意味着每个成员的资金主要流向他们自己的公司，用于制造 ITER 具有挑战性的技术。在此过程中，这些公司还推动了创新并获得专业知识，从而创建了全球融合供应链。

欧洲作为东道国，贡献了 ITER 托卡马克及其支持系统成本的 45%。中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国各贡献了 9%，但所有成员都可以获得 100% 的知识产权。

美国

美国制造了中央螺线管，由六个模块和一个备用模块组成。

美国还向 ITER 交付了“外骨骼”支撑结构，该结构将使中央螺线管能够承受其产生的极端力。外骨骼由 9,000 多个单独的零件组成，由 8 家美国供应商制造。

此外，美国已经制造了大约 8% 的铌锡 （Nb3Sn） 超导体，用于 ITER 的环形场磁体。

俄罗斯

俄罗斯已经交付了直径 9 米的环形极向场磁体，该磁体将安装在 ITER 托卡马克的顶部。

通过与欧洲密切合作，俄罗斯还生产了大约 120 吨铌钛 （NbTi） 超导体，约占 ITER 磁体所需总量的 40%。

此外，俄罗斯还生产了大约 20% 的铌锡 （Nb3Sn） 超导体，用于 ITER 的环形场磁体。

俄罗斯制造了巨大的母线排，以所需的电压和电流为磁体供电，以及用于 ITER 真空容器领域的上部端口插头。

欧洲

欧洲在法国现场制造了四种环形极向场磁体，直径从 17 米到 24 米不等。

欧洲与俄罗斯密切合作，制造用于 PF 磁体 1 和 6 的铌钛 （NbTi） 超导体。

欧洲还交付了 10 个 ITER 环形场磁体，并生产了用于这些 TF 磁体的大部分铌锡 （Nb3Sn） 超导体。

欧洲正在建造托卡马克真空容器九个扇区中的五个，即将进行聚变的甜甜圈形腔室。

中国

根据与欧洲的安排，中国制造了一种 10 米长的极向场磁体。它已经安装在部分组装的 ITER 托卡马克的底部。

中国还为 PF 磁体 2、3、4 和 5 贡献了铌钛 （NbTi） 超导体，约占 PF 磁体总数的 65%，以及约 8% 的环形场磁体超导体。

此外，中国还提供了 18 个超导校正线圈磁体，放置在托卡马克周围，用于微调等离子体反应。

中国已经交付了 31 个磁体馈线，这些多车道通道将为 ITER 的电磁铁提供动力，以及用于将磁体冷却至 -269 摄氏度（超导所需的温度）的液氦。

日本

日本已经生产并向美国运送了 43 公里长的铌锡 （Nb3Sn） 超导体链，用于制造中央螺线管模块。

日本还生产了 18 个环形磁场 （TF） 磁体中的 8 个，外加一个备用磁体，以及 TF 磁体的所有外壳结构。

日本还生产了 25% 的铌锡 （Nb3Sn） 超导体，这些超导体用于环形场磁体。

韩国

韩国生产了用于预组装 ITER 最大组件的工具，使 ITER 能够以毫米级精度将环形场线圈和隔热罩安装到真空容器领域。

韩国还制造了 20% 的铌锡 （Nb3Sn） 超导体，用于环形场磁体。

此外，韩国还制造了隔热罩，在超热聚变等离子体和超冷磁体之间提供物理屏障。

韩国已经交付了托卡马克真空容器 9 个航段中的 4 个。

印度

印度制造了 ITER 低温恒温器，这是一种 30 米高、直径 30 米的热水瓶，里面装有整个 ITER 托卡马克。

印度还提供了分配液氦以冷却 ITER 磁体的低温管线。

此外，印度还负责交付 ITER 的冷却水系统、托卡马克的墙内屏蔽以及外部等离子加热系统的多个部件。

ITER 的磁体系统总共将包括 10,000 吨超导磁体，总存储磁能为 51 吉焦耳。制造这些磁体的原材料包括超过 100,000 公里的超导磁绞线，由 6 个国家的 9 家工厂制造。

ITER 的每个磁体系统的技术规格是什么？

中央螺线管（圆柱形磁铁）

高度：18 米（59 英尺）
直径：4.25 米（14 英尺）
重量：~1,000 吨
磁场强度：13 特斯拉（比地球磁场强 280,000 倍）
存储的磁能：6.4 吉焦耳
将启动并维持 15 MA 的等离子体电流，持续 300-500 秒脉冲
在美国
制造 材料：日本
生产的铌锡 （Nb₃Sn） 超导链 冷却：在 4.5 开尔文 （-269°C） 下运行，使用液氦低温技术保持超导
性 结构（外骨骼）：可承受 100 MN（兆牛顿）的力——相当于航天飞机发射推力的两倍。

极状磁场磁体（环形磁体）

直径：从 9 米 （PF1） 到 10 米 （PF6） 到 17 米（PF2、PF5）到 25 米（PF3、PF4）
不等 重量：从 160 到 400 吨
在俄罗斯、欧洲（法国）和中国
制造 材料：在欧洲、中国和俄罗斯
生产的铌钛 （NbTi） 超导链 冷却：在 4.5 开尔文 （-269°C） 下运行，使用液氦低温技术保持超导性

环形磁场线圈（D 形磁体，2023 年底完成）

每个线圈：17 米高× 9 米宽
重量：每个
~360 吨 在欧洲（意大利）和日本
制造 材料：在欧洲、韩国、俄罗斯和美国
生产的铌锡 （Nb3Sn） 超导链 冷却：在 4.5 开尔文 （-269°C） 下运行，使用液氦保持超导性

校正线圈和磁力给料机

校正线圈：中国制造;对于精细的等离子体稳定性调整至关重要。
磁体馈线：向磁体提供低温、电力和仪表信号;也由中国生产。

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