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2024年10月，韓國聚變能研究所（KFE）與捷克科學(xué)院等離子體物理研究所 （IPP）簽署了一份諒解備忘錄，雙方將在裝置運(yùn)行、聚變能數(shù)字工程等領(lǐng)域展開密切合作和研究（更多信息請(qǐng)查閱：韓國與捷克攜手加強(qiáng)聚變能科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的合作）。后者目前正在建設(shè)捷克的中型高場托卡馬克裝置-COMPASS Upgrade，預(yù)計(jì)將在2025年正式投入運(yùn)行。

一、裝置概覽

COMPASS Upgrade，顧名思義，是COMPASS（COMPact ASSembly）托卡馬克裝置的升級(jí)版，采用了中性束注入（NBI）和電子回旋共振（ECRH）兩種加熱方式，旨在解決高級(jí)等離子體配置和約束模式、液態(tài)金屬偏濾器概念領(lǐng)域的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。該裝置由位于首都布拉格的捷克科學(xué)院等離子體物理研究所設(shè)計(jì)和建造，2025年建成投運(yùn)后將會(huì)成為世界上唯一能夠使用高達(dá)5T的磁場約束等離子體的聚變裝置，也是少數(shù)類似ITER和DEMO條件的強(qiáng)磁場裝置。

IPP成立于1959年，隸屬于捷克科學(xué)院，是捷克國內(nèi)唯一一家專門從事等離子體研究和應(yīng)用的實(shí)體。IPP內(nèi)設(shè)四大研究中心：聚變等離子體事業(yè)部、激光等離子體事業(yè)部、等離子體化學(xué)與材料事業(yè)部、特種光學(xué)與光電系統(tǒng)事業(yè)部。COMPASS Upgrade隸屬于其聚變等離子體事業(yè)部，后者下設(shè)三大部門，分別是高溫等離子體物理部、技術(shù)開發(fā)部和理論與建模部。

二、研究領(lǐng)域

COMPASS Upgrade是一個(gè)緊湊靈活的設(shè)備，致力于支持ITER運(yùn)行并解決DEMO反應(yīng)堆設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。主要用于研究：

1. 常規(guī)偏濾器研究：在ITER、DEMO相關(guān)功率通量分離操作的實(shí)驗(yàn)演示。
2. 雪花偏濾器研究：高密度雪花位形的實(shí)驗(yàn)演示，與常規(guī)偏濾器直接比較。
3. 邊緣等離子體物理學(xué)和約束相關(guān)理論研究：包括改善約束模式（QH模式、I模式、負(fù)三角形）、低扭矩運(yùn)行、理論模型驗(yàn)證等等。
4. 液態(tài)金屬偏濾器概念研究和測試：實(shí)驗(yàn)液態(tài)金屬對(duì)聚變裝置的影響，比較固態(tài)或液態(tài)金屬偏濾器的熱通量比較分析。
5. 新型PFC材料在偏濾器中的快速響應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究。

三、技術(shù)特點(diǎn)

1. 高磁場技術(shù)：設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生高達(dá)5T的環(huán)形磁場，這種技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)高能量約束模式，對(duì)于未來聚變反應(yīng)堆的緊湊設(shè)計(jì)和高效運(yùn)行至關(guān)重要。
2. 液態(tài)金屬偏濾器技術(shù)：探索使用液態(tài)金屬作為偏濾器材料的可能性，這種技術(shù)可以提高偏濾器的熱負(fù)荷承受能力，減少因固體材料腐蝕導(dǎo)致的維護(hù)問題。
3. 靈活的等離子體位形和配置的控制：能夠?qū)崿F(xiàn)不同的等離子體位形，包括單零、雙零、負(fù)三角形和雪花等等，以研究不同等離子體位形對(duì)約束和穩(wěn)定性的影響。
4. 高功率輔助加熱系統(tǒng)：配備了高功率的中性束注入（NBI）和電子回旋共振加熱（ECRH）系統(tǒng)，這些系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)和維持高約束模式等離子體。

四、核心參數(shù)

COMPASS Upgrade前身是COMPASS托卡馬克裝置，最早是在本世紀(jì)初由英國運(yùn)輸至布拉格，經(jīng)過一系列的組裝測試，于2009-2021年運(yùn)行。其核心參數(shù)為：大半徑0.56m，小半徑0.23m，最大等離子體電流為400KA，環(huán)形磁場0.9-2.1T。

五、歷史沿革

2007年10月，英國COMPASS裝置運(yùn)抵捷克布拉格。

2007年12月，啟動(dòng)安裝工作。

2008年4月，COMPASS裝置正式落成。

2008年12月，首次實(shí)現(xiàn)等離子體放電。

2009年2月，裝置重啟運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生100KA的等離子體電流。

2010年2月，COMPASS上安裝了兩個(gè)新型NBI系統(tǒng)。

2012年6月，作為具有重要意義的歐洲大型研究基礎(chǔ)設(shè)施，COMPASS托卡馬克裝置獲得了捷克教育部的資金支持。

2012年11月，COMPASS首次實(shí)現(xiàn)高能量約束模式（H-Mode）。

2014年8月，COMPASS對(duì)共振擾動(dòng)磁場（RMP）線圈進(jìn)行了第一次成功的實(shí)驗(yàn)。

2016年9月，COMPASS托卡馬克轉(zhuǎn)向器上安裝了診斷工具Langmuir探針。

2018年2月，COMPASS Upgrade項(xiàng)目資助申請(qǐng)獲準(zhǔn)通過。

2018年10，COMPASS Upgrade概念設(shè)計(jì)審查啟動(dòng)。

2019年1月，啟動(dòng)COMPASS Upgrade電源系統(tǒng)的最終設(shè)計(jì)審查（FDR）工作。

2020年1月，COMPASS實(shí)現(xiàn)第2萬次放電。

2020年3月，COMPASS Upgrade的初步設(shè)計(jì)審查通過。

2020年底，COMPASS Upgrade首批電源系統(tǒng)技術(shù)組件成功交付，包括高壓開關(guān)柜和飛輪發(fā)電機(jī)等。

2021年8月，COMPASS正式關(guān)閉。

2021年11月，電源系統(tǒng)關(guān)鍵組件-功率脈沖變壓器順利交付。

2023年6月，COMPASS Upgrade第一階段土建工作完成。

參考鏈接：

• https://www.ipp./Compass_U/Mission/
• https://www.ipp./Compass_U/overview/
• https://www.ipp./vedecka_struktura_ufp/
• https://www.ipp./miranda2/export/sitesavcr/ufp/vedecka_struktura_ufp/tokamak/compass_u/COMPASS-Upgrade-SOFT.pdf
• https://www.ipp./miranda2/export/sitesavcr/ufp/o-ufp/Verejne_zakazky/Introduction-to-ECRH-system-for-COMPASS-Upgrade.pdf