英国新型核聚变反应堆启动

编译 蔡立英

Mast Upgrade将测试一项创新性的聚变设计

位于英国牛津郡的一项开创性核聚变实验首次启动。

英国改造后的核聚变反应堆：兆安球形托卡马克（Tokamak）升级版（Mast Upgrade）可以清除为电网提供无限清洁能源所面临的障碍。

聚变不同于现今的核电站使用的裂变技术，因为它可以释放巨大能量，而且几乎没有放射性。

这个耗资5 500万英镑的聚变装置历时7年才建成。

当前，人类对核能的利用方式依赖于裂变，就是将较重的化学元素分裂成较轻的化学元素。

而核聚变的工作原理恰好相反，是将两种轻元素融合成更重的元素。太阳释放的巨大能量就来自其中心发生的核聚变，Mast Upgrade是人类在地球上复制太阳释放能量过程的雄心勃勃的尝试。

与裂变不同，聚变不会产生长寿命放射性核废料，并且可以改变我们获取能源的方式，同时解决气候危机。

Mast Upgrade将使用一种称为球形托卡马克的创新性设计。

托卡马克是一种聚变装置，利用磁场将等离子体（超热的电离气体）约束在容器内，等离子体使轻元素融合并释放能量。

大多数托卡马克的形状像甜甜圈。但是在Mast Upgrade中，甜甜圈中孔的尺寸已尽可能缩小，使等离子体几乎呈球形。

英国原子能管理局（UKAEA）首席执行官伊恩·查普曼（Ian Chapman）教授称，Mast Upgrade的启动是“一个非常重要的时刻”。

装置中的第一个等离子体标志着这个开拓性实验项目的开始，该项目将使英国更接近建造聚变核电站的梦想。控制等离子体并实施聚变反应是一回事，但是从反应中产生比实验投入更多能量则是另一回事。

位于英国牛津郡的库勒姆聚变能中心（CCFE）既有Mast Upgrade，还有一个称为“欧洲联合环”（JET）的聚变装置。JET使用更常规的设计，并且是耗资数十亿欧元的国际热核聚变实验反应堆（ITER）的先驱。ITER是目前世界上最大的科学实验之一，它将展示大规模核聚变反应。

除了ITER遵循的昂贵的聚变途径外，库勒姆的研究人员还在探索一条平行途径。

查普曼教授在接受BBC新闻采访时说：“我们一直在考虑建造核电站的新途径，可以使核电站更小、造价更便宜。这些优点将有望使聚变核电站更快渗透到能源市场中。这就是我们建造球形托卡马克的起因。”

但是，他说：“球形托卡马克面临的最大挑战在于发生聚变的边界条件是燃料温度需要比太阳温度高10倍。如果把它放进一个小得多的盒子里，熔化盒子壁的概率就高得多了。因此，需要想出真正巧妙的散热方法。”

库勒姆的工程师和物理学家所做的就是设计一个复杂且技术上具有挑战性的排气系统。UKAEA的科学家现在计划在Mast Upgrade上测试这个称为“Super-X分流器”的新型排气系统。

该排气系统的设计目的：在足够低的温度下（即材料能够承受）将等离子体从装置中引导出去，这意味着组件的使用寿命更长。

伊恩·查普曼说：“如果这个设计奏效，的确提供了一条建造更紧凑聚变核电站的途径，以更具成本竞争力的方式在地球上实现聚变。”

英国科学大臣阿曼达·索洛韦（Amanda Solloway）表示：“我们希望英国成为聚变能的世界领先者，并利用聚变能惊人的潜力，找到可持续数百年的清洁能源。在英国政府5 500万英镑的资金支持下，Mast Upgrade装置的启用是这个国家核聚变实验的里程碑，使我们朝着2040年建成英国第一座聚变核电站的目标又迈进了一步。”

资料来源BBC