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最大的聚变反应堆

由EUROfusion提供的主要图像

20多年来,科学家首次测试了一种极其罕见的氢为核聚变反应堆提供动力的能力。

如果他们能通过这些实验完善他们的核燃料,这些核燃料将被用来为世界上最大的核聚变反应堆提供动力——使接近无限清洁能源的梦想离现实更近一步。

什么是核聚变?

当两个原子合二为一时,就会发生核聚变。这会释放出大量的能量——足以为太阳和其他恒星提供能量。

核聚变只有在原子处于巨大的高温和压力下时才会发生,尽管经过了几十年的尝试,科学家们仍未弄清楚如何利用核聚变稳定地在地球上产生能量。

如果他们能做到,那么核聚变能源将比我们现在的能源有几个优势能源

与化石燃料的燃烧不同,这一过程不会产生任何温室气体,其主要动力来源——氢——在地球上是丰富的。

融合更安全的核裂变而且不会产生长寿命的放射性废物。它也比可再生能源更可靠,比如太阳能,这取决于环境因素——至少,如果我们能让它起作用,它会是。

在托卡马克装置

科学家们提出的最有希望利用核聚变能量的设备是一个被称为托卡马克(tokamak)的环形中空机器。

在托卡马克内部,气态氢燃料在极端高温和高压的影响下变成等离子体。

空心区域外部的磁铁控制着等离子体的运动,当其中的原子发生聚变时,内墙吸收了它们的能量。

我们知道这种核聚变反应堆可以工作,但问题是磁铁需要大量的能量。我们还没能让它产生比我们投入的更多的能量-托卡马克的最佳功率输出与功率输入比是0.67:1。

“将我们多年来准备的东西付诸实践是非常令人兴奋的。”

Joelle Mailloux

比例为1:1的反应堆就会达到收支平衡,而我们需要更高的比例(比如1.01:1)才能真正从聚变反应堆中获得能量。

1997年,欧洲联合托卡马克探测器(JET)达到了创纪录的高比率,所用燃料是两种氢同位素:氘(氢-2)和氚(氢-3)的50/50混合。

从那以后,没有人在托卡马克中实验过大量的氚,因为这很难处理。与稳定且含量丰富的氘不同,氚是具有放射性且稀有的——地球上只有不到45磅的氚。

现在,JET的研究人员将再次尝试使用氚,为即将发射的世界上最大的聚变反应堆——ITER做准备。

世界上最大的聚变反应堆

ITER是欧盟、美国和其他五个国家的合作项目。它从20世纪80年代开始动工,经过多次延期,在250亿美元聚变反应堆最终在2020年开始。

ITER预计将在2025年准备好进行第一次实验,目标是到2035年使其全速运行。

JET是目前最接近ITER的托卡马克反应堆,所以科学家们现在正在测试其中不同比例的氘和氚,以确定一旦ITER准备就绪,理想的燃料是什么。

他们花了两年时间改造聚变反应堆,以承受反复测试放射性氚所带来的冲击。一旦他们开始实验,在18个月的时间里,人类进入JET设施的内部将不安全。

计划是每天用含氚燃料进行多达14次实验。每种混合物的参数略有不同,实验中使用的氚在每次混合后都会被回收。

如果燃料测试如希望的那样进行,JET的研究人员希望在ITER建造完成之前获得他们需要的所有数据,以便进行实验。

“我们追求的是物理信息,我们可以用这些信息来验证我们的理解,然后我们可以应用这些信息来准备未来的机器,”JET科学项目的联合负责人Joelle Mailloux说,告诉《自然》杂志

她补充说:“现在非常激动人心,我们终于可以把多年来准备的东西付诸实践了。”“我们已经准备好了。”

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