工程规划

球形托卡马克探索装置
( 清华大学独立建设运行 )

中国联合球形托卡马克（SUNIST）是我国第一台球形托卡马克，由清华大学工程物理系和中国科学院物理研究所联合发起，2002 年建成。其目标是了解低环径比等离子体的基本特性，探索球形托卡马克等离子体启动和非感应电流驱动的方法。至今已运行超过 20 年，放电超过 10 万次，取得了丰硕的成果。

SUNIST的主要事件

2002年11月4日：获得第一等离子体，等离子体电流 40kA，磁场 0.06T

2003年 - 2007年：物理研究（边界等离子体，湍流，电子回旋波启动）

2008年：装置拆解，真空室改造，重新组装

2009年 - 2019年：磁场电源和控制系统持续升级，等离子体诊断不断丰富，开展了磁流体力学不稳定性、三维涡流及其影响、阿尔芬本征模、撕裂模、电子伯恩斯坦波加热等研究

2019年：等离子体电流 120kA，磁场 0.27T

2020年至今：持续升级改造，先进的加料方式等

重复重联原理验证装置
( 清华大学和星环聚能合作建设运行 )

SUNIST-2 球形托卡马克是为验证重复重联原理和 1T 磁场球形托卡马克的约束性能而特别设计的。2023 年 7 月，SUNIST-2 由星环聚能和清华大学合作建设完成，并获得第一等离子体。2024 年上半年，SUNIST-2 将通过重复磁重联将等离子体加热到 1700 万度（离子温度），达到星环聚能第一阶段里程碑，并与世界同类装置先进水平看齐。

SUNIST-2 主要参数

大半径 0.53m

小半径 0.33m

环向磁场 1T

等离子体电流 500kA

离子温度 1.5keV

负三角球形托卡马克

负三角球形托卡马克NTST（Negative Triangularity Spherical Tokamak）由星环聚能完全自主设计并建造，旨在验证原生负三角等离子体兼容聚变反应堆的物理特性，发挥负三角球形托卡马克的工程优势。此外，NTST的磁体制作工艺、真空室结构、低温冷却形式都与下一代聚变级球形托卡马克CTRFR-1非常接近，通过快速建设和运行NTST，星环聚能将验证聚变堆相关磁体、真空、低温、电源、控制和排热等技术，为建设CTRFR-1做准备。

NTST 主要参数

大半径 0.8m

小半径 0.5m

环向磁场 1T

等离子体电流 1MA

离子温度 5keV

聚变技术验证装置

星环聚能设计并建设的聚变技术验证装置 CTRFR-1 是一台等离子体参数接近聚变堆要求的中型高温超导球形托卡马克。其等离子体密度、温度和能量约束时间等核心参数将接近或超过功率平衡条件（Q = 1），达到星环聚能第二阶段里程碑。通过该装置，星环聚能将验证重复重联聚变堆的技术可行性。目前，星环聚能正在完成CTRFR-1的设计，并与清华大学机械工程系团队合作为 CTRFR-1 设计建造一个全尺寸高温超导 D 型线圈。

CTRFR-1 主要参数

大半径 1.0m

小半径 0.56m

环向磁场 3-5T

等离子体电流 3MA

离子温度 10keV

聚变商用示范堆

CTRFR-1 达到预定目标后，星环聚能将启动商用示范堆（CTRFR-2）的设计和建造，努力成为全球首个商用可控聚变示范堆。该示范堆将与业界伙伴合作验证聚变堆完整的燃料循环、功率输出、抗中子 / 热负荷材料等问题，形成第一壁、氚增殖包层等关键技术的解决方案，达到星环聚能第三阶段里程碑，稳步推进聚变能商业化。

CTRFR-2 主要参数和特点

大半径 3.0m

小半径 1.67m

环向磁场 5T

等离子体电流 11MA

离子温度 15keV

净输出电功率(P_e,net) 100MW

中心侧中子屏蔽层

外侧中子慢化和氚增殖包层和中子屏蔽层

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