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