國家點火裝置（NIF）與托卡馬克（Tokamak）型反應器的優缺點比較？

01-28

NIF宣稱已經實現正的能量輸出，那麼Tokamak目前有實現過么？如果Tokamak早已成功，技術要求高得發神經的NIF還有什麼意義？
Nuclear fusion reactions mark a "milestone"
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature13057.html

美國「人造太陽」項目獲突破：成功產生能量

首先解釋一下，美國國家點火裝置NIF實現的所謂「正的能量輸出」。

《Herrmann M. Plasma physics: A promising advance in nuclear fusion[J]. Nature, 2014. 》

http://www.nature.com/nature/journal/v506/n7488/full/nature13057.html

正如文中所說，NIF實現的所謂「正的能量輸出」是指核聚變反應釋出的能量比燃料(用於引發核聚變反應)吸收的能量多，即實現了所謂的「燃料增益」。

但是實際上大量激光脈衝的能量消耗在了從紫外線到X射線的轉化過程中，從這個角度來看，NIF距離「能量增益」（核聚變輸出能量高於激光輸入能量）距離尚遠。

儘管如此，也不能否認NIF此次實驗的意義，「這是非常有意義的研究成果，是邁向更高收益的良好起點。」英國倫敦帝國理工學院慣性聚變研究中心的Steven Rose說。這標誌著核聚變能源將步入新時代。

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目前，托卡馬克裝置實現的最高參數由JET獲得。

JET（Joint European Torus）是位於英國牛津郡卡勒姆科學中心的歐洲聯合實驗環，它是目前世界上最大的聚變反應堆。1983年6月25日，聯合歐洲環產生第一個等離子體脈衝，在1997年生產出了70%的投入量，創造了輸出聚變功率16.1MW、聚變能21.7MJ的世界最高記錄[1]。

[圖片來自網路]

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受控熱核聚變能的實現方式主要有兩種——慣性約束核聚變和磁約束核聚變。

前者利用超高強度的激光在極短的時間內輻照氘氚靶來實現聚變；後者則利用強磁場將氘氚氣體約束在一個特殊的磁容器中並加熱至數億攝氏度高溫來實現聚變反應[2].

其中，托卡馬克（Tokamak）裝置是實現磁約束核聚變反應的一個非常有前途的方法，而超導托卡馬克使磁約束位形能連續穩態運行，是公認的探索和解決未來聚變反應堆工程及物理問題的最有效的途徑[3-4].

這兩種約束方式
各有優劣，各有千秋：

磁約束核聚變的設備比較大，但反應持續性能好，不需要反覆點火，但其缺點在於開、關火性能不佳，靈活度不夠，而且維持強磁場所需的電能成本也不低。

慣性約束核聚變的好處在於設備可以做小，而且開、關火控制性能也比較好，但其缺點是需要消耗大量能源產生激光用來點火，而且燃料靶丸製造成本也很難降下來。

此外，磁約束核聚變適合作為核電站、大型船舶的供電系統；而慣性約束核聚變適合在未來用于飛行器等領域。

By 混跡於核聚變領域的電氣工程小混混-.-

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參考文獻：

[1] Bertolini E. The JET project: progress towards a Tokamak thermonuclear reactor[J]. Power Engineering Journal, 1993, 7(3): 105-114.

[2]Hagler M O, Kristiansen M. Introduction to controlled thermonuclear fusion[J]. 1977.

[3] 李建剛, 趙君煜, 彭子龍. 全超導托卡馬克核聚變實驗裝置[J]. 中國科學院院刊, 2008, 23(5): 474-477.

[4] 丁逸驍, 朱銀鋒. 超導托卡馬克工程研究概況[J]. 低溫與超導, 2011, 39(8): 36-41.