2024年12月16-17日，第一届中法双边国际研讨会在合肥顺利举办。中科院等离子体所、法国原子能和替代能源委员会磁约束聚变研究所（CEA-IRFM）对离子回旋设计、波阵列天线开发和运行、超导磁体系统、低杂波系统、偏滤器系统等领域的合作进行了深入的交流和讨论，并就在诊断系统、红外热成像设计及水烘干和排水系统设计等领域开展合作达成共识。
一、基本概况
IRFM即磁约束聚变研究所，隶属于CEA，法语全称是Institut de recherche sur la fusion magnétique，位于法国南部的Cadarache，临近国际热核聚变实验反应堆（ITER）项目。IRFM是组成CEA基础研究部（Direction de la Recherche Fondamentale，DRF）的15个研究所之一，员工近300人，长期从事法国热核磁约束聚变的研究。IRFM负责协调CEA关于磁约束聚变的所有活动，与Fusion for Energy、ITER组织有多项合作。
CEA即法国原子能和替代能源委员会，法语全称是Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives），最早成立于1945年10月，现有员工超过2万人，年度研发经费预算超过59亿欧元。CEA由法国政府资助（功能上类似于美国能源部），主要从事能源、国防和安全、信息技术和卫生技术等领域的研究开发，具体包括核反应堆的设计，集成电路的制造，放射性同位素治疗疾病的使用，地震学和海啸的传播，计算机系统安全等方面。
二、研究领域
IRFM首要任务是利用其技术优势为全球核聚变研究事业做出贡献，其三大目标分别是：
- 为ITER、Broader Approach项目（JT-60SA、IFERC、IFMIF-EVEDA）做出贡献。
- 通过控制和实验、理论和建模等活动为ITER的科学操作做准备。
- 为未来的聚变反应堆开发包括等离子体物理、材料科学和工程应用等方面的技术。
围绕这3个目标，大致分为四个研究领域：
- 与热提取相关的研究：等离子体与壁相互作用的物理学研究，面向等离子体部件（PFC），开发实验方案，允许以最佳方式提取热量和粒子流，同时确保PFC的完整性。
- 托卡马克操作极限研究：根据等离子体稳定性极限，为聚变反应的产生开发优化的等离子体场景，特别是ITER物理学关键要素（特别是边界局域模ELM）的研究。
- 与管理热流和粒子的主要问题相关的聚变技术的发展：包括ITER的CFP监测诊断，以及与托卡马克环境中材料中的氚问题相关的聚变技术。
- 对IRFM开发的关键技术进行转化：例如等离子体的低温磁性和射频加热。
三、组织架构
IRFM由3个部门组成，每个部门大约有100人，组织架构大致如下：
- 聚变等离子体物理系（SPPF）：负责诊断、等离子体建模、输运和约束优化、和等离子体稳定性的开发、操作和测试。进一步划分为五个小组：偏滤器与等离子体壁相互作用组（GDIPP）、计算机基础设施组（G2IA）、建模加热与情景集成组（GMICS）、等离子体物理测量组（GMPP）、理论与核心等离子体模拟组（GTS）。
- 托卡马克运行和管理系（STEP）：负责托卡马克的运营、维护和实验以及其核心系统发展。进一步划分为六个小组：超导线圈组（GAIM）、机器安装与泵送组（GMAP）、加料与等离子体运行组（GPAM）、电气数据获取与控制指挥组（GEAC）、电力组（GELEC）、低温与冷却系统组（GSCR）。
- 工程与项目系（S2IP）：负责托卡马克内部组件（等离子体组件和加热系统）的开发和运营及其保护。进一步划分为五个小组：面向等离子体部件组（GCFPM）、聚变设计与工程组（GCIF）、等离子体加热系统组（GSCP）、第一壁保护组（G3P）、技术方法与项目组（GMP）。
四、发展历程
1976年，Tore Supra初始研究开始。
1980年，Tore Supra建造工作启动。
1982-1988年，步入线圈制造和磁体组装阶段。
1988年，Tore Supra开始运行并产生第一个等离子体。
1993年，Tore Supra实现120秒的长脉冲放电，等离子体温度达到2,000万摄氏度，成为世界上首个实现高参数准稳态运行的托卡马克装置。
1996年，Tore Supra以280MJ的循环能量成功将等离子体持续运行了2分钟。
2000-2003年，对Tore Supra真空室进行全面改造，
2003年12月，Tore Supra成功将等离子体维持了390秒。
2008年，Tore supra首次应用具备视觉诊断功能的AIA机器人。
2013年3月，Tore Supra开始改造。
2015年，Tore Supra改造完成，等离子体和限制器配置从圆形变为D形，并用钨代替碳作为面对等离子体的材料，并更名为WEST。
2016年12月，WEST产生了第一个等离子体。
2017-2019年，WEST进行了第一阶段的运行，共进行了4次实验活动（C1-C4）。这一阶段，WEST下偏滤器由ITER级PFU和惯性冷却的涂层石墨PFU组成。
2023年6月，WEST第二阶段活动开始。
2024年5月，WEST在5,000万摄氏度的稳态温度下，成功将等离子体持续运行了364秒，创造了新的纪录，标志着法国在核聚变研究领域取得了新的突破。
五、聚变装置
WEST，全称W Environment in Steady-state Tokamak，即全钨稳态托卡马克装置。WEST主要是用来获得类ITER偏滤器组件的批量生产和质量控制经验，并在ITER之前验证钨环境下的等离子体运行等关键技术，从而为ITER装置的建设和后续运行奠定基础。其核心参数为：等离子体大半径2.5m，小半径0.50m，环向等离子体磁场最高3.7T，等离子体电流1MA，等离子体放电时间最长可以持续1000S，等离子体体积17立方米，辅助加热功率达到17MW（9MW的ICRH、1MW的ECRH、7MW的LHCD）。
Tore Supra：WEST装置的前身，1988-2013年运行的托卡马克装置，是世界上第一个集成了所有产生长脉冲等离子体所需技术的大型托卡马克。在法国的另外两个核聚变装置TFR（Tokamak de Fontenay-aux-Roses，位于巴黎）、Petula（位于格勒诺布尔）停止运行后开始运营。Tore Supra的主要目标之一是产生长时间和高性能的放电。核心参数为：等离子体大半径2.25m，小半径0.7m，环向磁场4.5T，最大等离子体电流为1.7MA。
六、部分外部合作
JT-60SA：由日本量子科学技术研究所（QST）和欧洲聚变能组织(Fusion for Energy，F4E)合作建设和运行的托卡马克装置。重点围绕装置稳定性控制、髙能粒子行为、物理学理论、等离子体材料相互作用、聚变工程、理论模型和仿真代码等方面进行研究。CEA-IRFM主要参与了其TF线圈、低温装置等部件的设计工作。
ITER：目前世界上规模仅次于国际空间站的大科学工程计划，也是目前在建的世界上最大的实验性托卡马克核聚变反应堆。CEA与ITER合作建立和运营ITER磁体基础设施（MIFI），另外还利用WEST装置对ITER偏滤器进行测试。
参考链接：
- http://www.ipp.cas.cn/xwdt/tpxw/202412/t20241220_813548.html
- https://irfm.cea.fr/en/Phocea/Vie_des_labos/Ast/index.php?aff=unit
- https://irfm.cea.fr/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=723
- https://en.wikipedia.org/wiki/WEST_(formerly_Tore_Supra)