ITER是世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置，其目的是證明如何通過(guò)聚變反應(yīng)獲得凈能量。證明聚變能可以產(chǎn)生凈電力將是下一個(gè)重要步驟。這就是核聚變示范電廠（或稱(chēng)DEMO）將起到的作用。

DEMO型反應(yīng)堆更像是概念設(shè)計(jì)，而不是特定的聚變裝置構(gòu)型。一些國(guó)家正在開(kāi)發(fā)公共資助的DEMO的初步設(shè)計(jì)，但尚未最后確定。這將在ITER實(shí)驗(yàn)的結(jié)果出來(lái)后進(jìn)行。

DEMO計(jì)劃幾乎連續(xù)運(yùn)行，才能產(chǎn)生超過(guò)50兆瓦的凈電力增益。它們將開(kāi)始解決的關(guān)鍵挑戰(zhàn)是如何使聚變等離子體保持足夠長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性，以便持續(xù)地產(chǎn)生能量。

雖然關(guān)于DEMO的很多事情仍未決定，但一種公認(rèn)的DEMO可能是托卡馬克型反應(yīng)堆，并將使用重氫同位素（氘和氚）作為燃料。然而，世界上可用的氚供應(yīng)有限，DEMO本身將需要通過(guò)所謂的“增殖區(qū)”增殖和提取氚以供應(yīng)足夠的氚。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)核聚變物理學(xué)家Sehila González deVicente認(rèn)為，還需要解決氚的燃料供應(yīng)、耗盡、約束、提取和分離方面的挑戰(zhàn)。

DEMO型反應(yīng)堆和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆之間的另一個(gè)主要區(qū)別將是增加適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)和技術(shù)來(lái)捕獲聚變能并將其轉(zhuǎn)化為電能。

“DEMO型裝置需要設(shè)計(jì)和整合復(fù)雜的部件和系統(tǒng)，而這些部件和系統(tǒng)并不是現(xiàn)有聚變實(shí)驗(yàn)裝置的一部分。諸如氚增殖區(qū)、發(fā)電、燃燒控制等部件都是必需的?！庇?guó)原子能管理局技術(shù)主管Elizabeth Surrey說(shuō)，“DEMO的運(yùn)行條件對(duì)材料特別不利，因?yàn)槿紵牡入x子體會(huì)在壁上產(chǎn)生高中子通量和高功率密度。DEMO需要開(kāi)發(fā)新的材料和技術(shù)?！?/p>

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)的作用

各國(guó)研究小組都在探索DEMO概念和方案。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)通過(guò)一系列技術(shù)會(huì)議，以及自2012年以來(lái)，通過(guò)其DEMO計(jì)劃定期講習(xí)班，促進(jìn)國(guó)際協(xié)調(diào)和最佳實(shí)踐共享。這些平臺(tái)促進(jìn)對(duì)物理和技術(shù)問(wèn)題的討論，推動(dòng)對(duì)DEMO計(jì)劃戰(zhàn)略的共享，以及分析潛在的行動(dòng)方案。隨著時(shí)間的推移，專(zhuān)題重點(diǎn)已從廣泛的愿景轉(zhuǎn)向必須克服的詳細(xì)技術(shù)挑戰(zhàn)。

在2016年至2019年期間擔(dān)任了DEMO計(jì)劃過(guò)去三次講習(xí)班主持的Surrey說(shuō)：“通過(guò)專(zhuān)注于確定問(wèn)題和討論正在進(jìn)行的研究和發(fā)展，國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)技術(shù)會(huì)議系列和DEMO計(jì)劃講習(xí)班使業(yè)界能夠以協(xié)作的方式確定要求和分析可能的解決方案。例如，當(dāng)需要長(zhǎng)時(shí)間或接近連續(xù)的等離子體運(yùn)行時(shí)，等離子體控制成為DEMO型裝置的一個(gè)主要問(wèn)題。”

世界各地計(jì)劃

盡管仍在探索實(shí)現(xiàn)聚變發(fā)電的各種途徑，但需要解決的科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題已得到廣泛認(rèn)同。雖然每個(gè)國(guó)家有不同的時(shí)間表，但科學(xué)家們普遍認(rèn)為，他們可以在2050年前建成并運(yùn)行能夠發(fā)電的DEMO型反應(yīng)堆。

在中國(guó)，中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆（CFETR）計(jì)劃已取得重大進(jìn)展。該裝置將有助于縮小ITER與DEMO之間的差距。中國(guó)聚變工程試驗(yàn)堆將在本世紀(jì)20年代開(kāi)工建設(shè)，隨后將在本世紀(jì)30年代建成DEMO型反應(yīng)堆。

在歐洲， 歐洲聚變聯(lián)盟（EUROfusion）負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)DEMO設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目目前處于概念設(shè)計(jì)階段（2021—2027年），旨在通過(guò)產(chǎn)生幾百兆瓦的凈電力證明聚變的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性。

印度已宣布計(jì)劃開(kāi)始建造一個(gè)名為SST-2的裝置，以便在2027年左右對(duì)DEMO的反應(yīng)堆概念和組件作出鑒定，然后將在2037年開(kāi)始建造DEMO。日本聚變DEMO特別聯(lián)合設(shè)計(jì)小組目前正在進(jìn)行穩(wěn)態(tài)DEMO（JADEMO）的概念研究，計(jì)劃在2035年左右開(kāi)始建設(shè)。

2012 年， 韓國(guó)啟動(dòng)了“ K -DEMO”的概念設(shè)計(jì)研究，目標(biāo)是在2037年之前開(kāi)始建設(shè)，并有可能在2 0 5 0 年開(kāi)始發(fā)電。在第一階段（2037—2050年），K-DEMO將被用來(lái)開(kāi)發(fā)和測(cè)試組件，然后利用這些組件。在其第二階段，即2050年之后，預(yù)期它將演示凈發(fā)電。

俄羅斯聯(lián)邦正在規(guī)劃一個(gè)名為DEMO聚變中子源（DEMO-FNS）的聚變-裂變混合裝置，該裝置將收集聚變產(chǎn)生的中子，將鈾變成核燃料并銷(xiāo)毀放射性廢物。DEMO-FNS計(jì)劃在2023年前建成，是該國(guó)在2050年前建成核聚變電廠的快速戰(zhàn)略的一部分。

美國(guó)的核聚變專(zhuān)家最近發(fā)布了兩份報(bào)告，其中建議啟動(dòng)一項(xiàng)國(guó)家研究和技術(shù)計(jì)劃，包括公私合作，以在2035—2040年最終實(shí)現(xiàn)核聚變的商業(yè)可行性，使美國(guó)成為核聚變領(lǐng)導(dǎo)者，并在2050年之前加速向低碳能源過(guò)渡。

與此同時(shí)，許多私人資助的商業(yè)企業(yè)也在發(fā)展核聚變電廠的概念方面取得了進(jìn)展，利用多年來(lái)公共資助的研究和開(kāi)發(fā)所產(chǎn)生的專(zhuān)門(mén)技術(shù)，并提出更加激進(jìn)的時(shí)間表。