國科發(fā)資〔2017〕328號

聚變能源由于資源豐富和近無污染，成為人類社會(huì)未來的理想能源，是最有希望徹底解決能源問題的根本出路之一，對于我國經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義，是關(guān)系長遠(yuǎn)發(fā)展的基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域。

本專項(xiàng)總體目標(biāo)是：在“十三五”期間，以未來建堆所涉及的國際前沿科學(xué)和技術(shù)目標(biāo)為努力方向，加強(qiáng)國內(nèi)與國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆（ITER）計(jì)劃相關(guān)的聚變能源技術(shù)研究和創(chuàng)新，發(fā)展聚變能源開發(fā)和應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，以參加ITER計(jì)劃為契機(jī)，全面吸收消化關(guān)鍵技術(shù)；加快國內(nèi)聚變發(fā)展，開展高水平的科學(xué)研究；以我為主開展中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆的詳細(xì)工程設(shè)計(jì)，并結(jié)合以往的物理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫在我國的“東方超環(huán)”（EAST）、“中國環(huán)流器2號改進(jìn)型”（HL-2M）托卡馬克裝置上開展與中國聚變工程實(shí)驗(yàn)堆（CFETR）物理相關(guān)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，為CFETR的建設(shè)奠定堅(jiān)實(shí)科學(xué)基礎(chǔ)。加大聚變技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用，大力提升我國聚變能發(fā)展研究的自主創(chuàng)新能力。建立國際一流的研發(fā)平臺(tái)，初步構(gòu)建聚變工業(yè)發(fā)展體系，培養(yǎng)并形成一支穩(wěn)定的高水平聚變研發(fā)隊(duì)伍，在2020年前后具備自主建造聚變工程堆的能力，適時(shí)啟動(dòng)高效安全聚變堆研究設(shè)施建設(shè)，加快聚變能走向?qū)嶋H應(yīng)用進(jìn)程，跨入世界聚變能研究開發(fā)先進(jìn)行列。

本專項(xiàng)重點(diǎn)圍繞未來ITER、CFETR科學(xué)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)，加強(qiáng)理論、數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的緊密結(jié)合，在EAST、HL-2A、J-TEXT上安排先行重要科學(xué)問題的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，演練若干有我國特色的、能為ITER、CFETR提供重要實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的參考運(yùn)行模式，為未來聚變堆的科學(xué)實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。以EAST、HL-2A為核心裝置，培養(yǎng)未來主持和參與ITER和CFETR科學(xué)實(shí)驗(yàn)的物理人才隊(duì)伍。

本專項(xiàng)圍繞磁約束核聚變能發(fā)展研究進(jìn)行全鏈條設(shè)計(jì)和一體化實(shí)施，項(xiàng)目執(zhí)行周期不多于5年。按照分步實(shí)施、重點(diǎn)突出原則，2017年第二批啟動(dòng)10個(gè)方向，經(jīng)費(fèi)總概算約為6億元。對于支持1-2項(xiàng)的指南方向，原則上只支持1項(xiàng)，如申報(bào)項(xiàng)目的評審結(jié)果前兩位評價(jià)相近，且技術(shù)路線明顯不同，可同時(shí)立項(xiàng)支持，并建立動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，結(jié)合過程管理開展中期評估，根據(jù)評估結(jié)果確定后續(xù)支持方式。所有項(xiàng)目均應(yīng)整體申報(bào)，須覆蓋相應(yīng)指南方向的全部考核指標(biāo)。申報(bào)指南中第1—8研究方向的項(xiàng)目下設(shè)課題數(shù)不超過6個(gè)，項(xiàng)目所含單位數(shù)不超過20家；申報(bào)指南中第9—10研究方向的項(xiàng)目下不設(shè)課題。

本專項(xiàng)2017年第二批項(xiàng)目指南如下：

1. 聚變堆相關(guān)邊界局域模主動(dòng)控制技術(shù)及機(jī)理研究

研究內(nèi)容：以ITER Q=10基本運(yùn)行模式為目標(biāo)，開展類似ITER未來運(yùn)行類似條件的科學(xué)研究,針對未來ITER和CFETR迫切需要解決的長脈沖穩(wěn)態(tài)運(yùn)行條件下邊界局域模造成的偏濾器上巨大瞬態(tài)熱負(fù)荷的緩解這一聚變堆關(guān)鍵問題，結(jié)合國內(nèi)托卡馬克裝置的研究基礎(chǔ)和能力，利用共振磁擾動(dòng)、鋰粉與彈丸注入、充氣和超聲分子束注入等多種手段，開展長脈沖高約束模式下的第一類邊界局域模（ELM）的主動(dòng)控制技術(shù)與物理研究，開展小或無ELM的研究，在實(shí)驗(yàn)上模擬未來聚變堆低動(dòng)量注入條件，解決邊界局域模控制與避免誤差場鎖模的兼容性的難題，實(shí)現(xiàn)邊界局域模的有效控制，發(fā)展三維物理診斷，結(jié)合三維磁擾動(dòng)響應(yīng)，理解低碰撞率條件下的共振磁擾動(dòng)控制邊界局域模機(jī)理，為未來ITER和CFETR ELM控制問題的解決奠定基礎(chǔ)。

考核指標(biāo)：利用已有手段和探索新方法，基本實(shí)現(xiàn)對第一類邊界局域模的有效緩解（幅度小于未控制情況下的20%），實(shí)現(xiàn)偏濾器靶板瞬態(tài)熱負(fù)荷的有效緩解；ELM控制有效率達(dá)到95%。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

2. 面向聚變堆的高約束模式實(shí)驗(yàn)研究

研究內(nèi)容：以CFETR未來可能的運(yùn)行條件為目標(biāo)，在國內(nèi)大型聚變裝置上開展穩(wěn)定可重復(fù)的等離子體控制，獲得高歸一化比壓（βN）、密度、長時(shí)間、高性能穩(wěn)定的等離子體。發(fā)展先進(jìn)的控制技術(shù)，開展基本運(yùn)行模式、混合運(yùn)行模式研究及其機(jī)理探討，研究ITER-like等多種器壁條件下臺(tái)基動(dòng)力學(xué)及輸運(yùn)機(jī)制，為ITER和未來我國聚變堆（CFETR）的先進(jìn)運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的物理與實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

考核指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可重復(fù)的等離子體控制，獲得歸一化比壓（βN）>3，歸一化等離子體密度ne/nG~0.7，等離子體維持時(shí)間τ >5倍電流擴(kuò)散時(shí)間τR，高性能穩(wěn)定的等離子體；在國內(nèi)聚變裝置上實(shí)現(xiàn)2-3種運(yùn)行模式，建立運(yùn)行模式數(shù)據(jù)庫。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

3. 面向ITER的邊緣雜質(zhì)輸運(yùn)和壁材料腐蝕研究

研究內(nèi)容：針對ITER運(yùn)行模式，研究長脈沖、高參數(shù)條件下的雜質(zhì)輸運(yùn)和等離子體與壁相互作用。在國內(nèi)大中型托卡馬克裝置上，研究雜質(zhì)粒子輸運(yùn)、粒子再循環(huán)的物理機(jī)制；研究雜質(zhì)對長脈沖等離子體的污染，掌握有效控制雜質(zhì)的方法；對雜質(zhì)循環(huán)的過程進(jìn)行在線的動(dòng)態(tài)分析，探索減少雜質(zhì)和材料腐蝕的優(yōu)化方法；開展雜質(zhì)與等離子體不穩(wěn)定性相互作用，以及雜質(zhì)極向不對稱與邊緣流的關(guān)系研究。

考核指標(biāo)：研究雜質(zhì)對托卡馬克裝置放電過程中等離子體的污染，實(shí)現(xiàn)有效Z值低于2；發(fā)展出1-2種第一壁材料在線原位清洗和處理的新技術(shù)，探索適合未來ITER第一壁處理和雜質(zhì)清除的新途徑；實(shí)現(xiàn)10MW條件下100秒量級粒子再循環(huán)的穩(wěn)定控制；實(shí)現(xiàn)10MW 條件下無刻蝕的運(yùn)行控制。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

4. 面向高場應(yīng)用的新型高性能CICC超導(dǎo)導(dǎo)體研制

研究內(nèi)容：針對CFETR先進(jìn)超導(dǎo)磁體的需求，在高性能Nb3Sn、Nb3Al材料方面，以大幅度提升超導(dǎo)性能為核心，完善長線材制備技術(shù)，形成這兩種材料批量化生產(chǎn)能力；在Bi-2212材料方面，以實(shí)現(xiàn)千米級長線制備為核心，結(jié)合相關(guān)超導(dǎo)材料和導(dǎo)體綜合性能測試、低溫絕緣材料、低溫高強(qiáng)度不銹鋼鎧甲材料和管材制備技術(shù)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)新型性能優(yōu)于ITER的Nb3Sn、Nb3Al、 Bi-2212 全尺寸CFETR CICC超導(dǎo)導(dǎo)體制造，為未來研制CFETR 15T甚至更高磁體系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

考核指標(biāo)：獲得包括前驅(qū)粉末制備、塑性加工和熱處理在內(nèi)的全套制備技術(shù)，形成高性能Nb3Sn、Nb3Al、Bi-2212批量化生產(chǎn)能力，建立自主工藝及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；研制出可用于CFETR CS（60kA）、極向場線圈（PF） (50kA)、縱向場線圈（TF） (80kA)的原型全尺寸高性能CICC新型超導(dǎo)導(dǎo)體，并開展相關(guān)低溫實(shí)驗(yàn)，其綜合性能要全面超越現(xiàn)有ITER技術(shù)指標(biāo)。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

5. CFETR等離子體排灰氣中氚回收與再循環(huán)技術(shù)研究

研究內(nèi)容：建立放大規(guī)模的工藝實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以氫氘及氦模擬的冷實(shí)驗(yàn)預(yù)研方式，開展CFETR等離子體排灰氣中氘氚快速回收和純化、氘氚燃料貯存與快速供給、氫同位素分離技術(shù)等工藝技術(shù)研究，掌握2m3/h級氘氚高效（>99%效率）回收以及尾氣除氫因子達(dá)108的“排灰氣處理”、5m3/h級“氘氚同位素富集及分離”、5m3/h級“氚貯存以及定比例氘氚燃料配制并向加注系統(tǒng)快速供給”等三大主工藝技術(shù)，完成關(guān)鍵設(shè)備及工藝演示裝置集成、氫氘及氦的模擬實(shí)驗(yàn)考核與適量級氚的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，評估CFETR氚燃料內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程可行性。

考核指標(biāo)：建立集成的、1:1或同量級縮比工藝規(guī)模的CFETR排灰氣氚回收、氫同位素分離、氚貯存與供給三大主工藝演示系統(tǒng)，通過較大規(guī)模氫氘及氦的模擬實(shí)驗(yàn)考核并結(jié)合適量氚的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，掌握CFETR“氚燃料內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)”工藝技術(shù)；完成CFETR“氚燃料內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)”詳細(xì)工程概念設(shè)計(jì)的可行性評估。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

6. CFETR增殖包層氚提取與測量工程技術(shù)研究

研究內(nèi)容：以氫氘模擬的冷實(shí)驗(yàn)方式，研究氦冷及水冷兩種概念固態(tài)氚增殖劑包層中300克量級/批次增殖氚的在線、高效提取與氫同位素分離技術(shù)；研究百居里級反應(yīng)堆在線產(chǎn)氚、縮比尺寸氚增殖包層模塊在裂變或聚變中子環(huán)境下的產(chǎn)氚性能、增殖劑材料及包層模塊中氚濃度、產(chǎn)氚率及氚提取效率在線測試與評估技術(shù)；掌握全氚增殖包層中氚提取與測量工藝技術(shù)并研制出1:1工藝流程的樣機(jī)系統(tǒng)。

考核指標(biāo)：建立集成的CFETR氦冷及水冷兩種概念固態(tài)氚增殖劑包層中增殖氚的在線提取與氫同位素分離演示系統(tǒng)，通過氫氘及氦模擬實(shí)驗(yàn)，掌握300克量級/批次增殖包層氚提取技術(shù)，動(dòng)態(tài)提取效率>96%，停堆提取效率>99.9%；通過百居里級反應(yīng)堆在線產(chǎn)氚、縮比尺寸氚增殖包層模塊在裂變或聚變中子環(huán)境下百居里級的產(chǎn)氚實(shí)驗(yàn)，掌握增殖劑材料及包層模塊中氚濃度、產(chǎn)氚率及氚提取效率的在線測試與評估技術(shù)。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

7. 聚變等離子體三維物理及邊界磁場主動(dòng)控制技術(shù)研究

研究內(nèi)容：依托反場箍縮磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置（KTX）先進(jìn)反場箍縮裝置，利用其產(chǎn)生的等離子體比壓高、不穩(wěn)定性模式豐富、三維效應(yīng)顯著等特點(diǎn)，發(fā)展新方法、探索新現(xiàn)象，發(fā)展三維邊界磁場主動(dòng)控制技術(shù)，有效抑制等離子體不穩(wěn)定性，開展邊界磁場主動(dòng)控制下的電阻壁模穩(wěn)定、鎖模及破裂的控制、隨機(jī)磁場效應(yīng)、環(huán)向動(dòng)量驅(qū)動(dòng)、三維平衡等重要物理問題的實(shí)驗(yàn)研究，研究與等離子體特性耦合的高維控制算法，探索和研究各種新的實(shí)驗(yàn)物理現(xiàn)象，培養(yǎng)高水平實(shí)驗(yàn)物理人才。

考核指標(biāo)：等離子體電流0.5-1兆安，放電時(shí)間100毫秒，反場維持時(shí)間40毫秒。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2022年

8. 磁阱型磁壓縮聚變裝置的概念設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研

研究內(nèi)容：開展基于大壓縮比絕熱磁壓縮場反位型等離子體方法的磁阱型磁壓縮聚變裝置方案概念設(shè)計(jì)，并對高性能場反位型等離子體發(fā)生器的關(guān)鍵技術(shù)部件如快速脈沖送氣閥、錐形噴槍等展開預(yù)研。

考核指標(biāo)：建立自洽的能夠反映場反等離子體形成、對撞和壓縮過程的解析模型與數(shù)值模擬方法并給出等離子體參數(shù)的時(shí)空演化，完成磁阱型磁壓縮聚變裝置的物理概念設(shè)計(jì);給出磁阱型磁壓縮聚變裝置的工程設(shè)計(jì)，建成關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研平臺(tái)，獲得可重復(fù)的分界面半徑達(dá)到30厘米、壽命達(dá)到500微秒的場反位形等離子體。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：1-2項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2021年

9. 聚變實(shí)驗(yàn)/工程堆前沿物理問題研究

研究內(nèi)容：針對磁約束聚變實(shí)驗(yàn)/工程堆前沿物理問題及未來ITER/CFETR運(yùn)行階段物理實(shí)驗(yàn)的重要內(nèi)容，開展物理理論、實(shí)驗(yàn)測量、數(shù)值模擬、診斷手段等方面的研究。鼓勵(lì)探索新思想、新概念、新方法，以國內(nèi)主要裝置為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展聯(lián)合實(shí)驗(yàn)。

重點(diǎn)支持燃燒等離子體的主要物理過程的前沿問題研究、粒子循環(huán)過程研究、先進(jìn)診斷技術(shù)、先進(jìn)計(jì)算方法在聚變模擬中的應(yīng)用、強(qiáng)磁場約束的特殊物理問題研究等。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：5項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2021年

特別說明：申報(bào)本方向的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與所有參與人員均應(yīng)為1977年7月1日以后出生。

10. 聚變工程/實(shí)驗(yàn)堆關(guān)鍵技術(shù)問題研究

研究內(nèi)容：針對未來聚變實(shí)驗(yàn)/工程堆的關(guān)鍵技術(shù)、方法、工藝和部件，發(fā)展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的關(guān)鍵技術(shù)和部件預(yù)研。重點(diǎn)發(fā)展聚變堆所需的涉氚器件、新型聚變堆材料及制備方法、聚變堆材料模擬、材料輻照損傷機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究，長壽命復(fù)合阻氚材料涂層和工藝、聚變電源關(guān)鍵技術(shù)與部件、聚變堆診斷關(guān)鍵探測器件等。鼓勵(lì)以國內(nèi)主要裝置為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開展聯(lián)合實(shí)驗(yàn)。

擬支持項(xiàng)目數(shù)：6-8項(xiàng)

實(shí)施年限：2018-2021年

特別說明：申報(bào)本方向的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人與所有參與人員均應(yīng)為1977年7月1日以后出生。