科學家將測試全球最大核聚變反應堆ITER的燃料
英國一個首創性的反應堆正準備開始關鍵的燃料混合試驗,最終為ITER提供動力,ITER是世界上最大的核聚變實驗。核聚變是一種為太陽提供能量的現象,如果物理學家能在地球上加以利用,它將是一種幾乎無限的能量來源。
12月,歐洲聯合火炬(JET)的研究人員開始用氚,一種稀有的放射性氫同位素進行核聚變實驗。該設施是耗資220億美元ITER項目一部分,並擁有同樣的甜甜圈形”托克馬克”設計,這是世界上最先進的核聚變能源方法。這是自1997年以來,研究人員首次在含有大量氚的”託卡馬克”中進行實驗。
6月,JET將開始融合更多的氚和氘,氘是另一種氫的同位素。ITER將使用這種燃料混合物,試圖從核聚變反應中創造出比投入更多的能量,這是以前從未展示過的。反應堆應該加熱和限制氘和氚的等離子體,使同位素融合成氦氣產生足夠的熱量來維持進一步的聚變反應。
JET的實驗將有助於科學家們預測ITER託卡馬克中的等離子體將如何運行,並設計出這一大型實驗的運行環境。ITER將於2025年開始運行低功率氫反應。但從2035年起,它將以50:50的氘和氚混合燃料運行。
ITER和JET都位於牛津大學附近的Culham聚變能源中心(CCFE),利用極端磁場將等離子體限制在一個環中,並將其加熱,直到發生聚變。JET中的溫度可以達到1億度,比太陽核心的溫度高很多倍。
世界上最後一次用氚進行的託卡馬克聚變實驗也在JET進行。當時的目標是達到峰值功率,該設施成功地實現了創紀錄的輸出功率與輸入功率之比(稱為Q值)為0.67。這一紀錄至今仍保持著,Q值為1則是收支平衡。但今年的目標是將類似水平的聚變能量維持5秒或更長時間,從實驗中獲得盡可能多的數據,並了解持續時間更長的等離子體的行為。
與氚打交道帶來了獨特的挑戰、JET的研究人員花了兩年多時間重新安裝機器的部件,並準備處理放射性物質。這種同位素會迅速衰變,因此在自然界中只出現微量的氚,通常作為核裂變反應堆的副產品;世界上的供應量只有20公斤。
處理氚的部分挑戰在於,它與氘反應產生中子的速度遠高於單純的氘反應。商業反應堆會捕捉這些中子的能量來發電,但在JET中,高能粒子會遍布機器內部,破壞診斷系統。這意味著JET團隊不得不將攝像機和其他儀器移到混凝土屏蔽後面。