ภาพเครื่องโทคาแมค HT-6M (ที่มา : ASIPP)
ความก้าวหน้าการวิจัย (ค.ศ. 1960-2000)
การวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันในประเทศจีนเริ่มต้นขึ้นในต้นทศวรรษ 1960 ได้สร้างสถาบันวิจัยที่ผสมผสานวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ 2 แห่งขึ้น คือ สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) และสถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (CNNC’s Southwestern Institute of Physics: SWIP) อีกทั้ง มีจัดตั้งสาขาวิชาและห้องปฏิบัติการวิจัยด้านนิวเคลียร์ฟิวชันและฟิสิกส์พลาสมาขึ้นในมหาวิทยาลัยต่าง ๆ เช่น มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (University of Science and Technology of China: USTC) มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology: HUST) มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีต้าเหลียน (Dalian University of Technology: DLUT) และมหาวิทยาลัยชิงหัว (Tsinghua University: THU) นับตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา โทคาแมคได้รับเลือกให้เป็นแนวทางการวิจัยหลักของประเทศ เครื่องโทคาแมคดังต่อไปนี้ถูกสร้างขึ้น
| เครื่องโทคาแมค | ผู้พัฒนา |
| CT-6 | สถาบันฟิสิกส์ สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน(Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences) |
| KT-5 | มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน(University of Science and Technology of China: USTC) |
| HT-6B | สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) |
| HL-1 | สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน(CNNC’s Southwestern Institute of Physics: SWIP) |
| HT-6M | สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) |
ค.ศ. 1990-2000
| เครื่องโทคาแมค | ผู้พัฒนา |
| HT-7 | สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) |
| HL-1M | สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (CNNC’s Southwestern Institute of Physics: SWIP) |
| EAST | สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) |
| HL-2A | สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (CNNC’s Southwestern Institute of Physics: SWIP) |
| SUNIST | สถาบันฟิสิกส์ สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences) และมหาวิทยาลัยชิงหัว (Tsinghua University) |
| J-TEXT | มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology: HUST) |
ในปี 1994 สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (ASIPP) ได้ใช้ส่วนหลักของอุปกรณ์ T-7 จากสหภาพโซเวียต สร้างเครื่องโทคาแมคแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (superconducting) รุ่น HT-7 เครื่องแรกของจีนขึ้นมา ทำให้จีนเป็นประเทศที่ 4 ในโลกที่มีอุปกรณ์ชนิดนี้ ต่อจากรัสเซีย ฝรั่งเศส และญี่ปุ่น และตัวเครื่องมีขนาดใหญ่เป็นอันดับสองของโลก
ในปี 1994 สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (SWIP) สร้างเครื่องโทคาแมค HL-1M ซึ่งอัพเกรดมาจากเครื่องโทคาแมค HL-1
ในปี 2000 สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (ASIPP) ได้เริ่มสร้างส่วนตัวนำยิ่งยวดแบบไม่เป็นวงกลมของโทคาแมค (all-superconducting non-circular section tokamak equipment) รุ่นใหม่ขึ้นมาที่สถานี HT-7 และให้ชื่อเครื่องปฏิกรณ์นี้ใหม่ว่า EAST การปรับปรุง HT-7 ทำให้ EAST นำจีนขึ้นมาเป็นผู้นำในกลุ่ม การวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชัน โดย EAST เริ่มติดตั้งอุปกรณ์ทั้งหมดในปี 2003
ในปี 2002 สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (SWIP) ได้ใช้ส่วนหลักของอุปกรณ์ ASDEX จากเยอรมันสร้างเครื่องโทคาแมค HL-2A
ในปี 2002 สถาบันฟิสิกส์ สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) และมหาวิทยาลัยชิงหัว (Tsinghua University) ได้ร่วมมือกันสร้างเครื่องโทคาแมคทรงกลม SUNIST (Sino-United Spherical Tokamak)
ในปี 2003 มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology: HUST) สร้างเครื่องโทคาแมค J-TEXT ผ่านความร่วมมือระหว่างประเทศ เดิมคือเครื่องโทคาแมค รุ่น TEXT-U ของศูนย์วิจัยฟิวชันในมหาวิทยาลัยเท็กซัสที่มอบให้แก่มหาวิทยาลัย HUST
ในปี 2005 ประเทศจีนเข้าร่วมโครงการ ITER อย่างเป็นทางการ หลังจากนั้น การวิจัยเกี่ยวกับฟิสิกส์พลาสมา (plasma physics) นิวเคลียร์ฟิวชัน (nuclear fusion) การบีบลำอนุภาคด้วยสนามแม่เหล็ก (magnetic confinement) เริ่มพัฒนาขึ้น
มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (University of Science and Technology of China: USTC) เป็นมหาวิทยาลัยแห่งแรกในประเทศจีนที่เปิดสอนระดับปริญญาตรีสาขาฟิสิกส์พลาสมา (plasma physics) ได้ฝึกฝนผู้มีความสามารถจำนวนมากสำหรับสถาบันวิจัยฟิวชันทั้งในและต่างประเทศ และเป็นหนึ่งในมหาวิทยาลัยในประเทศจีนที่สำคัญที่สุดที่ดำเนินโครงการวิจัยพิเศษของโครงการ ITER เช่น การศึกษาการกำจัดฟิวชันที่กักขังด้วยแม่เหล็กที่จำกัด การวิจัยเทคโนโลยีหลักของการวินิจฉัยพลาสมาการเผาไหม้ของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชัน ปัจจุบัน ด้วยการสนับสนุนของโครงการพลังงานฟิวชันกักขังแม่เหล็กแห่งชาติ มหาวิทยาลัย USTC กำลังออกแบบและสร้างอุปกรณ์ KTX ซึ่งเป้าหมายทางวิทยาศาสตร์หลักคือการทดสอบทฤษฎีใหม่นี้เกี่ยวกับวิวัฒนาการของพลาสมาที่ถูกจำกัดด้วยแม่เหล็กด้วยการทดลอง
ในปี 2006 สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) ประสบความสำเร็จในการสร้างโทคามักตัวนำยิ่งยวดขั้นสูงสำหรับการทดลอง EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)
แผนการพัฒนาในอนาคต (ค.ศ. 2015-2060)
ที่มา : https://doi.org/10.1016/j.xinn.2022.100269
ยุทธศาสตร์การพัฒนาฟิวชันในอนาคตของประเทศจีนมุ่งเป้าไปที่ระดับแนวหน้าระหว่างประเทศ (International Frontier) ใช้ประโยชน์จากความร่วมมือระหว่างประเทศอย่างกว้างขวาง วางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการพัฒนาและการวิจัยพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันกักขังแม่เหล็ก (magnetic confinement) เร่งพัฒนาความสามารถบุคลากร ดำเนินการวิจัยขั้นแนวหน้า (Frontier) นิวเคลียร์ฟิวชันระหว่างประเทศ โดยอาศัยเครื่องโทคาแมคขนาดกลางและขนาดใหญ่ที่มีอยู่ สร้างฐานการทดลองพลาสมาฟิวชันกักขังแม่เหล็กที่มีชื่อเสียง และสำรวจประเด็นพื้นฐานของฟิสิกส์และเทคโนโลยีทางวิศวกรรมสำหรับเครื่องปฏิกรณ์วิศวกรรมฟิวชันที่มีเสถียรภาพ มีประสิทธิภาพ ปลอดภัย และใช้งานได้จริงในอนาคต
- เป้าหมายระยะสั้น (ค.ศ. 2015 -2020)
- ดำเนินการวิจัยฟิสิกส์พลาสมาขั้นสูง ออกแบบและวิจัยส่วนประกอบล่วงหน้าของเตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน (CFETR)
- สร้างห้องปฏิบัติการแห่งชาตินิวเคลียร์ฟิวชันกักขังแม่เหล็กระดับชั้นนำนานาชาติ
- ดำเนินการวิจัยทางกายภาพและทางเทคนิคเกี่ยวกับการทำงานโทคาแมคขั้นสูงในสภาวะคงที่ของเครื่องโทคาแมค EAST
- ดำเนินการวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับตัวเปลี่ยนทิศทางขั้นสูงภายใต้ความหนาแน่นพลังงานสูงบนเครื่องโทคาแมค HL-2M
- ดำเนินการวิจัยพื้นฐานเกี่ยวกับวิธีการใหม่ การวินิจฉัยใหม่ และเทคโนโลยีใหม่บนอุปกรณ์ขนาดเล็ก เช่น เครื่องโทคาแมค J-TEXT
- เสริมสร้างการวิจัยการจำลองทางทฤษฎีและตัวเลข และปรับปรุงความสามารถในการทำความเข้าใจและคาดการณ์พฤติกรรมของพลาสมาในโหมดการทำงานของเครื่องโทคาแมคขั้นสูง
- เข้าร่วมในการก่อสร้างโครงการ ITER ซึมซับ เรียนรู้ และเชี่ยวชาญเทคโนโลยีหลัก
- ดำเนินการออกแบบทางวิศวกรรมและการวิจัยล่วงหน้า (pre-research) ส่วนประกอบเตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน (CFETR)
- ฝึกฝนทีม ฝึกฝนความสามารถ และทำให้ประเทศจีนก้าวไปสู่การวิจัยและพัฒนาพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันขั้นสูงในโลก
- เป้าหมายระยะกลาง (ค.ศ. 2020-2050)
(1) ค.ศ. 2021-2030 : การสร้างวิศวกรรมเตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน (CFETR) และการวิจัย เชิงทดลองที่ไม่ใช่นิวเคลียร์
- ดำเนินการวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับโหมดที่มีข้อจำกัดสูงในสถานะคงที่บนเครื่องโทคาแมค EAST
- ดำเนินการวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับไดเวอร์เตอร์ขั้นสูงภายใต้ความหนาแน่นพลังงานสูงของเครื่องโทคาแมค HL-2M
- เสร็จสิ้นการวิจัยแบบบูรณาการเกี่ยวกับการคำนวณทางทฤษฎีขนาดใหญ่และการจำลองเชิงตัวเลข และได้ดำเนินการตรวจสอบการทดลอง วิเคราะห์และคาดการณ์ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับพฤติกรรมพลาสมา การเผาไหม้
- เข้าร่วมในการวิจัยเชิงทดลองของ ITER และเชี่ยวชาญความรู้อย่างครอบคลุมเกี่ยวกับการควบคุมพลาสมาการเผาไหม้ การทำงานของดิวทีเรียม-ทริเทียม (deuterium-tritium) และความปลอดภัยทางนิวเคลียร์
- สร้างเครื่องปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน (CFETR) และดำเนินการวิจัยเชิงทดลองที่ไม่ใช่นิวเคลียร์
- พัฒนาเทคโนโลยีหลักและส่วนประกอบหลัก เช่น Advanced Divertor, Low Activation Materials and Cladding, Tritium Factory, Intelligent Remote Operation
(2) ค.ศ. 2031-2040 : “ตรวจสอบการทดลองทางฟิสิกส์วิศวกรรม” ของเตาปฏิกรณ์ฟิวชันเป้าหมายระยะที่ 1 ของเตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน (CFETR)
- ตรวจสอบความสามารถและความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์หลักและระบบเสริมอย่างครอบคลุม ภายใต้สภาวะ โหมดข้อจำกัดสูงของการเผาไหม้ดิวทีเรียม-ทริเทียมแบบพัลส์ยาว (long pulse deuterium-tritium)
- บรรลุการส่งออกพลังงานฟิวชันในสภาวะคงที่ที่ 50MW ~ 200MW โดยมี Fusion Energy Gain Factor (Q) ที่ 1 ~ 5
- สำหรับ “การเผาไหม้ในสภาวะคงที่” และ “ความยั่งยืนในตัวเองของทริเทียม” ให้ดำเนินการวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับเครื่องปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน ตรวจสอบและทดสอบตัวบ่งชี้การทำงานต่างๆ ของโรงงานทริเทียม ส่วนประกอบเทอร์โมนิวเคลียร์ รีโมทคอนโทรลอัจฉริยะ และระบบอื่น ๆ ในขณะเดียวกัน ก็สำรวจโหมดการทำงานเพื่อให้ได้เครื่องปฏิกรณ์สาธิตประสิทธิภาพสูงและขั้นสูง
- หลังจากดำเนินการนาน 8 ถึง 10 ปี จนถึงขั้นต่อมาของ “เป้าหมายระยะแรก” ให้ดำเนินการวิจัยเชิงทดลองที่มีพารามิเตอร์สูงโดยมีปัจจัยเกนของพลังงานฟิวชัน (fusion power gain factor) เท่ากับ 10 ซึ่งคล้ายกับ ITER
- ในตอนท้ายของขั้นตอนนี้ พารามิเตอร์การออกแบบ มาตรฐานการปฏิบัติงาน และข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับการอัพเกรดอุปกรณ์และการเปลี่ยนแปลงของระยะที่สองของ “การตรวจสอบเครื่องปฏิกรณ์สาธิต” ของเครื่องปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชันสามารถดำเนินการต่อไปได้
(3) ค.ศ. 2041-2050 : ตรวจสอบการสาธิตของเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันเป้าหมายระยะที่สองของเครื่องปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน
- ในขั้นตอนนี้ การวิจัยเชิงทดลองส่วนใหญ่ดำเนินการในประเด็นทางวิทยาศาสตร์และทางเทคนิคที่เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพสูงและการจำกัดพลาสมาการเผาไหม้ในขั้นตอนเครื่องปฏิกรณ์สาธิต
- บรรลุการส่งออกพลังงานฟิวชันที่เสถียรมากกว่า 1,000MW เป็นเวลานาน บรรลุการทำงานที่เสถียรและการควบคุมที่เชื่อถือได้ของโหมดการทำงานขั้นสูงของพลาสมาการเผาไหม้ดิวทีเรียม-ไอโซโทป ภายใต้เงื่อนไขว่า Fusion Energy Gain Factor (Q) มากกว่า 10
- เริ่มตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์และปัญหาทางเทคนิคทางวิศวกรรมของการผลิตไฟฟ้าจากนิวเคลียร์ฟิวชัน ได้แก่ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างคอร์พลาสมาและวัสดุภายใต้สภาวะของฟลักซ์ความร้อนสูงและการฉายรังสีนิวตรอนที่รุนแรง ความเป็นไปได้ของฟังก์ชันต่างๆ ของส่วนประกอบเทอร์โมนิวเคลียร์ และความเสถียรของประสิทธิภาพการบริการ ความน่าเชื่อถือของเทคโนโลยีการทำงานระยะไกลอัจฉริยะและนิวเคลียร์ฟิวชัน สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้
- เมื่อสิ้นสุดระยะนี้ พารามิเตอร์การออกแบบ มาตรฐานการทำงาน และข้อกำหนดด้านความปลอดภัยสำหรับเครื่องปฏิกรณ์สาธิตฟิวชันสามารถได้รับการพัฒนาได้ ในเวลาเดียวกัน สำรวจวิธีการทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟิวชันที่มีปัจจัยการรับพลังงานมากกว่า 30 ซึ่งวางรากฐานที่มั่นคงสำหรับการออกแบบและสร้างโรงไฟฟ้าต้นแบบฟิวชัน
3. เป้าหมายระยะยาว (ค.ศ. 2050-2060) : โรงไฟฟ้าต้นแบบสาธิตนิวเคลียร์ฟิวชัน
- สร้างและดำเนินการโรงไฟฟ้าต้นแบบนิวเคลียร์ฟิวชันด้วยกำลังไฟฟ้า 1 ล้านกิโลวัตต์ สำรวจความเป็นไปได้ทางเทคนิคทางวิศวกรรม ความเป็นไปได้ด้านสิ่งแวดล้อม และความเป็นไปได้ทางเศรษฐกิจของโรงไฟฟ้าเชิงพาณิชย์แบบฟิวชัน จากนั้นจึงตระหนักถึงการใช้พลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันในเชิงพาณิชย์
ภาพ : Handout
แผนพัฒนาการสร้างฟิวชันด้วยการใช้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าควบคุมของจีน (โทคาแมค)
Roadmap for Chinese Magnetic Confined Fusion (MCF) Development
ที่มา : https://doi.org/10.1093/nsr/nwz029
| เครื่องโทคาแมค | เริ่มดำเนินงานปี | ผู้พัฒนา |
| J-TEXT | ค.ศ. 2007 | Huazhong University of Science and Technology (HUST) |
| EAST | ค.ศ. 2006 | Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences (ASIPP, CAS) |
| HL-2M | ค.ศ. 2020 | CNNC’s Southwestern Institute of Physics (SWIP) |
| ITER | ค.ศ. 2025 | China International Nuclear Fusion Energy Program Execution Center |
| CFETR | ค.ศ. 2035 | Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences (HFIPS, CAS) ร่วมกับ University of Science and Technology of China (USTC) |
ภาพ : ASIPP
เครื่องโทคาแมค J-TEXT (Joint Texas Experimental Tokamak)
เครื่องโทคาแมค J-TEXT (Joint Texas Experimental Tokamak) เป็นอุปกรณ์โทคาแมคแกนเหล็กหน้าตัดวงกลม (circular cross-section) เดิมคือเครื่องโทคาแมครุ่น TEXT-U ของศูนย์วิจัยฟิวชันในมหาวิทยาลัยเท็กซัส ต่อมาได้รับการอนุมัติจากกระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกามอบให้แก่มหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง (Huazhong University of Science and Technology: HUST)
ปัจจุบัน J-TEXT เป็นเครื่องโทคาแมคขนาดกลางเพียงเครื่องเดียวในมหาวิทยาลัยของจีน และเป็นหนึ่งในสามเครื่องโทคาแมคหลักในจีน รวมอยู่ในแผนงานสำหรับการพัฒนาฟิวชันกักขังแม่เหล็กของจีน (Chinese magnetic confined fusion (MCF) development) นอกจากนี้ ยังเป็นแพลตฟอร์มการวิจัยหลักของ “ศูนย์วิจัยนิวเคลียร์ฟิวชันกักขังแม่เหล็กแห่งกระทรวงศึกษาธิการ” ที่ก่อตั้งโดยมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีหัวจง
เมื่อเดือนมีนาคม-พฤษภาคม 2565 กลุ่มวิจัยการทำความร้อนด้วยไมโครเวฟของสถาบันฟิวชันและพลาสมาของคณะวิศวกรรมไฟฟ้า ม.HUST ประสบความสำเร็จในการแก้ไขจุดบกพร่องของระบบทำความร้อนด้วยคลื่นอิเล็กตรอนไซโคลตรอน (Electron Cyclotron Resonance Heating: ECRH) ใหม่ โดยอัพเกรดกำลังของระบบจากเดิม 500kW เป็น 1MW ทำให้เครื่องโทคาแมค J-TEXT ติดตั้งระบบ ECRH ระดับเมกะวัตต์อย่างเป็นทางการ
ภาพ : ASIPP
เครื่องโทคาแมค EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak)
เครื่องโทคาแมค EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) เริ่มต้นเดินเครื่องในปี ค.ศ. 2006 พัฒนาโดย สถาบันฟิสิกส์พลาสมา สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences: ASIPP) มีเป้าหมาย คือ ศึกษาเทคโนโลยีฟิสิกส์และวิศวกรรมของเครื่องปฏิกรณ์ ฟิวชันสำหรับการทำงานในสภาวะคงตัวแบบพัลส์ยาว (long-pulse steady-state) ของเครื่องโทคาแมค และเพื่อสร้างรากฐานเทคโนโลยีทางวิศวกรรมสำหรับการก่อสร้างเตาปฏิกรณ์โทคาแมค CFETR ตัวนำยิ่งยวดเต็มรูปแบบในอนาคต
เครื่องโทคาแมค EAST มีคุณสมบัติที่โดดเด่น 3 ประการ คือ หน้าตัดที่ไม่เป็นวงกลม (non-circular cross-section) โครงสร้างภายในที่เป็นแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดเต็มรูปแบบ (fully superconducting magnets) และส่วนประกอบหันหน้าไปทางพลาสมา (PFC) ระบายความร้อนด้วยน้ำ (fully actively water cooled plasma facing components (PFCs)) ซึ่งจะเป็นประโยชน์ต่อการสำรวจโหมดการทำงานของพลาสมาในสภาวะคงตัวขั้นสูง เมื่อเปรียบเทียบกับโครงการเตาปฏิกรณ์เพื่อการทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ (ITER) แล้ว EAST มีขนาดเล็กกว่า แต่มีรูปร่างและความสมดุลใกล้เคียงกัน แต่มีความยืดหยุ่นมากกว่า
เมื่อปี ค.ศ. 2021 เครื่องโทคาแมค EAST สามารถเดินเครื่องที่อุณหภูมิ 120 ล้านองศาเซลเซียส นาน 101 วินาที เมื่อเดือนธันวาคม ค.ศ. 2022 ประสบความสําเร็จในการทํางานต่อเนื่องภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงเป็นเวลา 1,056 วินาที ระหว่างการทดลองที่อุณหภูมิเกือบ 70 ล้านองศาเซลเซียส และเมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 2023 บรรลุการปฏิบัติการกักพลาสมาระดับสูง ณ สถานะคงตัวเป็นระยะเวลา 403 วินาที หลังจากยิงพลาสมามากกว่า 120,000 ครั้ง ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสําคัญสู่การพัฒนาเตาปฏิกรณ์ฟิวชัน และยกระดับสถิติโลกจากเดิม 101 วินาที ซึ่งดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ของจีนทําไว้ในปี ค.ศ. 2017
ภาพ : ASIPP
เครื่องโทคาแมค HL-2M (Huan Liu Qi-2 Modification)
เครื่องโทคาแมค HL-2M (Huan-Liuqi-2M) พัฒนาโดย สถาบันฟิสิกส์ตะวันตกเฉียงใต้ บริษัทนิวเคลียร์แห่งชาติจีน (CNNC’s Southwestern Institute of Physics: SWIP) ประสบความสำเร็จในการปล่อยประจุพลาสมาครั้งแรกเมื่อปี ค.ศ. 2020
เครื่องโทคาแมค HL-2M ถูกสร้างขึ้นเพื่อจำลองปฏิกิริยาธรรมชาติที่เกิดขึ้นกับดวงอาทิตย์ โดยใช้ไฮโดรเจนและดิวทีเรียมเป็นเชื้อเพลิง และมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างพลังงานสะอาดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชันที่ควบคุมได้ จะสร้างพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 200 ล้านองศาเซลเซียส
ทั้งนี้ เครื่องโทคาแมค HL-2M มีส่วนสำคัญในการสนับสนุนเชิงเทคนิคแก่โครงการสร้างเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการทดลองเทอร์โมนิวเคลียร์ระหว่างประเทศ (ITER) ที่จีนได้เข้าร่วม รวมทั้งเป็นส่วนสำคัญในการสร้างและออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันของจีน
ภาพ : IHEP, CAS
เครื่องโทคาแมค ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ความร้อนขั้นทดลองนานาชาติ (International Thermonuclear Experimental Reactor: ITER) เป็นหนึ่งในโครงการวิทยาศาสตร์ระดับนานาชาติที่ใหญ่ที่สุดและกว้างขวางที่สุดในโลกปัจจุบัน โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างอุปกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันระดับเตาปฏิกรณ์ เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมของการใช้การผลิตไฟฟ้าฟิวชันอย่างสันติ ได้รับความร่วมมือร่วมกันจากกว่า 30 ประเทศ รวมถึงจีน สหภาพยุโรป รัสเซีย สหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น เกาหลีใต้ และอินเดีย ซึ่งจีนเข้าร่วมแผน ITER อย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 2006 เป็นโครงการความร่วมมือทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีระหว่างประเทศที่ใหญ่ที่สุดที่จีนเข้าร่วมในฐานะหุ้นส่วนที่เท่าเทียมกันและเต็มรูปแบบ
China International Nuclear Fusion Energy Program Execution Center
โครงสร้างหน่วยงานการเข้าร่วมโครงการ ITER ของจีน
ภารกิจ ITER CHINA
- เพื่อมีส่วนร่วมในการตัดสินใจและการจัดการโครงการ ITER อย่างครอบคลุม
- เพื่อส่งเสริมความร่วมมือทวิภาคีและความร่วมมือพหุภาคีด้านการวิจัยนิวเคลียร์ฟิวชัน
- เพื่อสร้างและปรับปรุงกลไกการจัดการการดำเนินงานของการจัดซื้อจัดจ้างวัสดุที่มอบหมายให้กับประเทศจีน และระบบการจัดการของค่าใช้จ่าย กำหนดการ คุณภาพ มาตรฐาน เพื่อจัดทำแผนการดำเนินงาน
- เพื่อปลูกฝังกลุ่มบุคลากรวิจัยทางวิทยาศาสตร์และทีมงานเทคโนโลยีวิศวกรรมที่มีความมุ่งมั่นแน่วแน่และระดับสูง
- เพื่อส่งเสริมการเปลี่ยนแปลง/อัพเกรดอุปกรณ์นิวเคลียร์ฟิวชันขนาดใหญ่และขนาดกลางของจีน สำหรับงานเตรียมการสำหรับโครงการ ITER และการทดสอบที่เกี่ยวข้อง
- เพื่อซึมซาบ เรียนรู้ และเชี่ยวชาญผลการวิจัยของโครงการ ITER
ภาพ : Handout
เตาปฏิกรณ์ CFETR (China Fusion Engineering Test Reactor)
เตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชันของจีน (China Fusion Engineering Test Reactor: CFETR) ตั้งอยู่ที่เมืองเหอเฝย เป็นโครงการโครงสร้างพื้นฐานด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่สำคัญระดับชาติ เป้าหมายคือ การสร้างแพลตฟอร์มการวิจัยและทดสอบที่ครอบคลุมด้วยพารามิเตอร์สูงสุดและมีฟังก์ชันที่สมบูรณ์ที่สุดในสาขานิวเคลียร์ฟิวชันระดับนานาชาติ ดำเนินการโดย สถาบันวิทยาศาสตร์กายภาพเหอเฟย สถาบันบัณฑิตวิทยาศาสตร์จีน (Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences) และมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศจีน (University of Science and Technology of China: USTC) เพื่อดำเนินการวิจัย การออกแบบทางวิศวกรรมแบบบูรณาการ และจะให้ความร่วมมือและการสนับสนุนอย่างเต็มที่ในแง่ของการฝึกอบรมบุคลากร กำลังคน และวัสดุ ฯลฯ โครงการ CFETR วางแผนดำเนินงาน 3 ระยะ ดังนี้
- ตั้งแต่ระยะแรกถึงปี ค.ศ. 2021 เริ่มการก่อสร้างโครงการ CFETR
- ในระยะที่สองจนถึงปี ค.ศ. 2035 วางแผนที่จะสร้างเตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชัน และเริ่มการทดลองทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่
- ในระยะที่สามจนถึงปี ค.ศ. 2050 เตาปฏิกรณ์ทดลองทางวิศวกรรมฟิวชันได้รับการทดสอบสำเร็จ และเตาปฏิกรณ์สาธิตเชิงพาณิชย์แบบฟิวชันถูกสร้างขึ้น เพื่อสร้างแหล่งพลังงานขั้นสูงสุดสำหรับมนุษยชาติ
