英國新型核聚變反應堆啟動

編譯 蔡立英

Mast Upgrade將測試一項創新性的聚變設計

位于英國牛津郡的一項開創性核聚變實驗首次啟動。

英國改造后的核聚變反應堆：兆安球形托卡馬克（Tokamak）升級版（Mast Upgrade）可以清除為電網提供無限清潔能源所面臨的障礙。

聚變不同于現今的核電站使用的裂變技術，因為它可以釋放巨大能量，而且幾乎沒有放射性。

這個耗資5 500萬英鎊的聚變裝置歷時7年才建成。

當前，人類對核能的利用方式依賴于裂變，就是將較重的化學元素分裂成較輕的化學元素。

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。太陽釋放的巨大能量就來自其中心發生的核聚變，Mast Upgrade是人類在地球上復制太陽釋放能量過程的雄心勃勃的嘗試。

與裂變不同，聚變不會產生長壽命放射性核廢料，并且可以改變我們獲取能源的方式，同時解決氣候危機。

Mast Upgrade將使用一種稱為球形托卡馬克的創新性設計。

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

大多數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。

英國原子能管理局（UKAEA）首席執行官伊恩·查普曼（Ian Chapman）教授稱，Mast Upgrade的啟動是“一個非常重要的時刻”。

裝置中的第一個等離子體標志著這個開拓性實驗項目的開始，該項目將使英國更接近建造聚變核電站的夢想。控制等離子體并實施聚變反應是一回事，但是從反應中產生比實驗投入更多能量則是另一回事。

位于英國牛津郡的庫勒姆聚變能中心（CCFE）既有Mast Upgrade，還有一個稱為“歐洲聯合環”（JET）的聚變裝置。JET使用更常規的設計，并且是耗資數十億歐元的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）的先驅。ITER是目前世界上最大的科學實驗之一，它將展示大規模核聚變反應。

除了ITER遵循的昂貴的聚變途徑外，庫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新聞采訪時說：“我們一直在考慮建造核電站的新途徑，可以使核電站更小、造價更便宜。這些優點將有望使聚變核電站更快滲透到能源市場中。這就是我們建造球形托卡馬克的起因。”

但是，他說：“球形托卡馬克面臨的最大挑戰在于發生聚變的邊界條件是燃料溫度需要比太陽溫度高10倍。如果把它放進一個小得多的盒子里，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。”

庫勒姆的工程師和物理學家所做的就是設計一個復雜且技術上具有挑戰性的排氣系統。UKAEA的科學家現在計劃在Mast Upgrade上測試這個稱為“Super-X分流器”的新型排氣系統。

該排氣系統的設計目的：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出去，這意味著組件的使用壽命更長。

伊恩·查普曼說：“如果這個設計奏效，的確提供了一條建造更緊湊聚變核電站的途徑，以更具成本競爭力的方式在地球上實現聚變。”

英國科學大臣阿曼達·索洛韋（Amanda Solloway）表示：“我們希望英國成為聚變能的世界領先者，并利用聚變能驚人的潛力，找到可持續數百年的清潔能源。在英國政府5 500萬英鎊的資金支持下，Mast Upgrade裝置的啟用是這個國家核聚變實驗的里程碑，使我們朝著2040年建成英國第一座聚變核電站的目標又邁進了一步。”

資料來源BBC