英國(guó)新型核聚變反應(yīng)堆啟動(dòng)

編譯 蔡立英

Mast Upgrade將測(cè)試一項(xiàng)創(chuàng)新性的聚變?cè)O(shè)計(jì)

位于英國(guó)牛津郡的一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性核聚變實(shí)驗(yàn)首次啟動(dòng)。

英國(guó)改造后的核聚變反應(yīng)堆：兆安球形托卡馬克（Tokamak）升級(jí)版（Mast Upgrade）可以清除為電網(wǎng)提供無(wú)限清潔能源所面臨的障礙。

聚變不同于現(xiàn)今的核電站使用的裂變技術(shù)，因?yàn)樗梢葬尫啪薮竽芰?，而且?guī)缀鯖](méi)有放射性。

這個(gè)耗資5 500萬(wàn)英鎊的聚變裝置歷時(shí)7年才建成。

當(dāng)前，人類對(duì)核能的利用方式依賴于裂變，就是將較重的化學(xué)元素分裂成較輕的化學(xué)元素。

而核聚變的工作原理恰好相反，是將兩種輕元素融合成更重的元素。太陽(yáng)釋放的巨大能量就來(lái)自其中心發(fā)生的核聚變，Mast Upgrade是人類在地球上復(fù)制太陽(yáng)釋放能量過(guò)程的雄心勃勃的嘗試。

與裂變不同，聚變不會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)壽命放射性核廢料，并且可以改變我們獲取能源的方式，同時(shí)解決氣候危機(jī)。

Mast Upgrade將使用一種稱為球形托卡馬克的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)。

托卡馬克是一種聚變裝置，利用磁場(chǎng)將等離子體（超熱的電離氣體）約束在容器內(nèi)，等離子體使輕元素融合并釋放能量。

大多數(shù)托卡馬克的形狀像甜甜圈。但是在Mast Upgrade中，甜甜圈中孔的尺寸已盡可能縮小，使等離子體幾乎呈球形。

英國(guó)原子能管理局（UKAEA）首席執(zhí)行官伊恩·查普曼（Ian Chapman）教授稱，Mast Upgrade的啟動(dòng)是“一個(gè)非常重要的時(shí)刻”。

裝置中的第一個(gè)等離子體標(biāo)志著這個(gè)開(kāi)拓性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)始，該項(xiàng)目將使英國(guó)更接近建造聚變核電站的夢(mèng)想。控制等離子體并實(shí)施聚變反應(yīng)是一回事，但是從反應(yīng)中產(chǎn)生比實(shí)驗(yàn)投入更多能量則是另一回事。

位于英國(guó)牛津郡的庫(kù)勒姆聚變能中心（CCFE）既有Mast Upgrade，還有一個(gè)稱為“歐洲聯(lián)合環(huán)”（JET）的聚變裝置。JET使用更常規(guī)的設(shè)計(jì)，并且是耗資數(shù)十億歐元的國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）的先驅(qū)。ITER是目前世界上最大的科學(xué)實(shí)驗(yàn)之一，它將展示大規(guī)模核聚變反應(yīng)。

除了ITER遵循的昂貴的聚變途徑外，庫(kù)勒姆的研究人員還在探索一條平行途徑。

查普曼教授在接受BBC新聞采訪時(shí)說(shuō)：“我們一直在考慮建造核電站的新途徑，可以使核電站更小、造價(jià)更便宜。這些優(yōu)點(diǎn)將有望使聚變核電站更快滲透到能源市場(chǎng)中。這就是我們建造球形托卡馬克的起因。”

但是，他說(shuō)：“球形托卡馬克面臨的最大挑戰(zhàn)在于發(fā)生聚變的邊界條件是燃料溫度需要比太陽(yáng)溫度高10倍。如果把它放進(jìn)一個(gè)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熱方法。”

庫(kù)勒姆的工程師和物理學(xué)家所做的就是設(shè)計(jì)一個(gè)復(fù)雜且技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性的排氣系統(tǒng)。UKAEA的科學(xué)家現(xiàn)在計(jì)劃在Mast Upgrade上測(cè)試這個(gè)稱為“Super-X分流器”的新型排氣系統(tǒng)。

該排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的：在足夠低的溫度下（即材料能夠承受）將等離子體從裝置中引導(dǎo)出去，這意味著組件的使用壽命更長(zhǎng)。

伊恩·查普曼說(shuō)：“如果這個(gè)設(shè)計(jì)奏效，的確提供了一條建造更緊湊聚變核電站的途徑，以更具成本競(jìng)爭(zhēng)力的方式在地球上實(shí)現(xiàn)聚變。”

英國(guó)科學(xué)大臣阿曼達(dá)·索洛韋（Amanda Solloway）表示：“我們希望英國(guó)成為聚變能的世界領(lǐng)先者，并利用聚變能驚人的潛力，找到可持續(xù)數(shù)百年的清潔能源。在英國(guó)政府5 500萬(wàn)英鎊的資金支持下，Mast Upgrade裝置的啟用是這個(gè)國(guó)家核聚變實(shí)驗(yàn)的里程碑，使我們朝著2040年建成英國(guó)第一座聚變核電站的目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。”

資料來(lái)源BBC