歷時七年，英國實驗性核聚變反應堆點火成功

2020-11-05 煎蛋

上周，經過漫長的7年發展，英國牛津郡Culham的一臺名為MAST Upgrade的機器為實驗性核聚變反應堆成功通電，製造出了"首團等離子體"：證實所有組件可以共同工作，將氫氣加熱至等離子體態。

在核聚變中，兩種或兩種以上輕元素的原子核融合成一個較重的原子核，並釋放能量。太陽的能量就來自中心的核聚變，如果我們能在地球上以足夠的規模重現並維持同樣的聚變反應，就能收穫幾乎無限的清潔能源。

當然，我們還未走到那一步，但MAST Upgrade的成功和首次試運行是旅程中的重要裡程碑。最初的MAST(著名的託卡馬克裝置)從1999年運行到2013年。

"我們希望英國成為核聚變能源技術的世界領導者，並利用其作為清潔能源的驚人潛力。"英國科學部部長阿曼達·索洛維在聲明中說，"MAST Upgrade裝置通電是這個國家核聚變實驗的一個裡程碑式的時刻，使我們朝著在2040年之前建造英國第一座核聚變電站的目標又邁進了一步。"

核聚變反應堆需要某種裝置來控制等離子體。託卡馬克(Tokamaks)——利用磁場遏制聚變反應產生的等離子體的圓圈形裝置——是被寄予厚望的設計之一。

長期以來，託卡馬克採用的是甜甜圈形狀的配置，但像MAST Upgrade這樣的新設備是更先進的球形設計，預計將在效率和性能方面帶來許多好處。

MAST Upgrade由英國原子能管理局(UKAEA)下屬的Culham聚變能源中心(CCFE)運營。現在它已開始運作，聚變實驗在未來幾年內還要攻克一堆瓶頸。

其中首當其衝的就是排熱問題。聚變反應堆會產生令人難以置信的熱量，會損壞反應堆的部件。為了解決這個問題，MAST Upgrade將試驗一種名為"Super-X分流器"的新型排氣系統，旨在減少離開等離子體的粒子所產生的熱量和功率負荷。

如果分流器成功，與之前相比，它可以提高10倍的散熱效率，這可能足以使聚變反應堆成為正收益供電技術。

關於核聚變反應堆的一切都很大，MAST Upgrade——儘管是一個耗時7年的巨大項目，但也只是整個拼圖的一小部分。

在它之上，還有一個更大項目的將啟動試運行，即能源生產球形託卡馬克(STEP)，這將是英國第一個原型核聚變電站，預計將於2040年完成。

與此同時，研究人員從MAST Upgrade中學到的東西也將為另一個大規模的試運行提供參考信息：世界上最大的核聚變實驗，被稱為國際熱核實驗反應堆(ITER)。

ITER目前正在法國南部進行組裝，來自30多個國家的數千名科學家參與其中。它已經規劃了多年，比計劃晚了5年，但當項目完成後(估計成本約650億美元)，ITER將是向我們展示核聚變價值的最好機會。

我們可能離這一天還有好幾年的時間，但MAST Upgrade是我們向這一目標邁出的一大步。

"ITER是下一代核聚變裝置，"CCFE物理學家Andrew Thornton解釋道，"MAST Upgrade為我們提供實驗數據，以指導未來如何運行該裝置。"

https://www.sciencealert.com/huge-fusion-experiment-achieves-first-plasma-in-landmark-step-towards-clean-energy

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