欧洲联合环JET实现受控核聚变能量新纪录
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发布时间：2022-11-20 02:24
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时间：2023-10-10 07:19
而对于这一理想的未来能源，最近又有了新的进展。2022 年 2 月 9 日，欧洲核聚变研发创新联盟（EUROfusion）、英国原子能管理局（UKAEA，UK Atomic Energy Authority）和国际热核聚变实验堆计划（ITER）联合宣布，在 2021 年 12 月 21 日，来自欧洲的研究团队实现了受控核聚变能量的新记录：它们在目前世界上最大的聚变反应堆，即在欧洲联合环（JET）中，将氢的同位素氘和氚加热到了 1.5 亿摄氏度并稳定保持了 5 秒钟，同时核聚变反应发生，原子核融合在了一起，释放出 59 兆焦耳（MJ）的能量。
59 兆焦耳这一受控核聚变能量数值，打破了 25 年前同样也是 JET 创下的 22 兆焦耳的记录，并且是上次记录的 2.5 倍以上。它大约相当于一辆满载的卡车以每小时 160 公里的速度行驶的动能的两倍。
普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL，Princeton Plasma Physics Laboratory）的主任斯蒂文·科雷（Steven Cowley）之后评价说：“看到它在 5 秒内保持高功率的镜头实在是太棒了。”
实现这次受控核聚变能量新纪录的 JET，是目前全世界唯一能够使用氘和氚这种混合燃料进行运行的装置，它位于英国牛津郡卡勒姆（Culham）的英国原子能管理局基地。由欧洲聚变计划 EUROfusion 的成员共同设计和建造，自 1983 年开始运营，平时由英国牛津的卡勒姆聚变能源中心负责技术运营，此外 EUROfusion 实验室的技术人员也会定期来 JET 进行工作。
尽管 JET 这一次的成就并不意味着聚变发电很快就会流入电网中——为此还必须要达到大约此次核聚变反应能量的 3 倍才行。但是这一成就对于它的下一代 ITER 项目来说，是一个十分令人振奋的消息。ITER 科学部门的负责人阿尔贝托·洛亚特（Alberto Loarte）说，“它有力地证实了我们在 ITER 上的战略”。
JET 和 ITER 这两个核聚变装置，使用的其实是类似的原理和方法——两者都是托卡马克（Tokamak）装置：被包裹在强大磁铁网格中的环状容器，其中的磁铁可以将超热电离气体或等离子体固定在适当的位置，并防止其接触和熔化容器壁。
在 JET 上进行核聚变研究的进展缓慢，促使研究人员在 1990 年代设计了更大、更先进的 ITER，它是一个 20 米宽的巨型托卡马克装置，可容纳的等离子体是 JET 的 10 倍。根据模拟，等离子体的体积越大，热量就越难以逸出，从而可以使核聚变条件保持的时间更长。
ITER 装置位于法国南部，这一项目是由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国这七个成员共同资助的，总耗资约为 250 亿美元，并计划于 2025 年开始运行，但是到产生大量电力，需要等到 2035 年。参与负责这一项目的七方涵盖了全世界主要核国家和主要亚洲国家，这些国家的人口接近了全球一半。而中国参加 ITER 计划，也是基于长远的能源基本需求的考虑。
之所以说 JET 这次实验的成就证实了 ITER 的战略，主要是因为这次实验中 JET 将等离子容器之前的碳里衬代替成了和 ITER 一样的铍和钨金属混合物。
事实上，之前 JET 的早期运行曾经给 ITER 的设计师们上了重要的一课。之前 JET 的等离子容器的里衬中使用的是碳，因为它可以抵抗熔化。但是结果发现，这些碳里衬会 “像海绵一样吸收燃料”。因此在设计 ITER 时里衬材料被金属铍和钨所取代。金属钨不仅比碳更耐腐蚀，而且还可以储存更多的氢。
在这次实验中，为了使 JET 的实验条件尽可能接近未来的 ITER ，研究人员将等离子容器里衬换成了铍和钨的混合物。而这次实验也证实了研究人员的设计：即是在比太阳中心还要高十倍的温度下，也实现了产生创纪录水平的核聚变能量。
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