作者:辛雨 来源:中国科学报 发布时间:2022/2/11 16:24:36
选择字号:
59兆焦耳!欧洲聚变反应堆创可持续能源新纪录


欧洲联合环状反应堆在5秒内产生了创纪录的59兆焦耳能量。图片来源:CHRISTOPHER ROUX (CEA-IRFM)/CC BY

2月9日,在世界上最大的聚变反应堆——欧洲联合环状反应堆(JET)的研究人员宣布:他们打破了生产可控聚变能量的记录。

据《科学》报到,JET曾在1997年产生约22兆焦耳聚变能量的等离子体,创造了当时的世界能源纪录。此次JET新记录进行的氘氚核聚变反应,在等离子体放电的5秒阶段以中子的形式释放出总共59兆焦耳的能量,大约是满载半挂车以160km/h行驶动能的两倍。

然而,JET的成就并不意味着聚变发电将很快进入电网。研究人员必须向气体中注入大约三倍于反应产生的能量。但这一结果让他们对国际热核聚变实验堆(ITER)的设计有了信心。ITER是一个正在法国建设的巨型聚变反应堆,预计其输出的能量至少是输入能量的10倍。

长期以来,核聚变一直被视为一种未来的绿色能源。如果为太阳提供能量的核反应同样能在地球上复制,它就能提供充足的能源,而且只产生少量的核废料,没有温室气体。但事实证明,生产净能源很难。

2021年8月,美国国家点火装置的研究人员报告称,他们已经达到了这一平衡点的71%,比其他任何国家都更接近,但也只是一瞬间。点火装置是用192束汇聚的激光束加热和粉碎微小的燃料颗粒来触发核聚变的。

JET和ITER代表了一种不同的方法,一种更适合于持续能源生产的方法。它们都是托卡马克环形容器,包裹在强力磁铁网格中,将超热电离气体(或等离子体)固定在某处,防止其接触和熔化容器壁。

ITER是一个20米宽的巨大托卡马克,容纳的等离子体是JET的10倍。模型预测,更大的等离子体体积会使热量更难逃逸,从而使聚变条件维持更长时间。由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国共向ITER支持了250亿美元,预计2025年开始运作,但不会产生大量的能量,直到2035年,当它开始燃烧能源生产氘氚(D-T)。

JET的早期运行给ITER的设计者们上了重要的一课。JET的等离子体操作专家Fernanda Rimini介绍,JET用碳做衬里,因为碳不易熔化。但事实证明,它“像海绵一样吸收燃料”,因此,ITER设计者选择使用铍和钨这两种金属。

然而,没有人知道效果如何,JET提供了一个测试平台。从2006年开始,工程师们对其磁铁、等离子加热系统和内壁进行了升级,使其尽可能像ITER。当它在2011年重新启动时,迹象并不好。

JET团队煞费苦心地搞清楚了这是怎么回事。他们发现高能等离子体离子将钨离子从壁上击碎,使它们辐射能量并从等离子体中释放热量。多年来,这个团队制定了一套应对策略,通过在容器壁附近注入一层薄薄的气体,如氮气、氖气或氩气,他们可以冷却等离子体的最外层边缘,阻止离子撞击钨。

2021年9月,JET研究人员开始研究他们重新设计的机器能做什么。这意味着将燃料转换为D-T。大多数聚变反应堆使用的是普通的氢或氘,这使得它们可以探索等离子体的行为,同时避免了氚的并发症,因为氚既具有放射性,又稀有。

但是,JET工作人员渴望在真实的发电条件下测试机器。首先,他们必须恢复反应堆的氚处理设施,该设施已经停用了20年,每次发射后,这些设施会从废气中提取未燃烧的氚和氘离子,并将其回收。

最近JET的成功为ITER搭建了舞台,并表明其设计者在全金属墙上的试验应该会有所效果。但对于JET来说,D-T的运行是某种意义上的“绝唱”。JET运营负责人Joe Milnes表示,在关闭之前,JET将从2022年年中到2023年底再进行一次试验运行。

版权声明:凡本网注明“来源:中国科学报、科学网、科学新闻杂志”的所有作品,网站转载,请在正文上方注明来源和作者,且不得对内容作实质性改动;微信公众号、头条号等新媒体平台,转载请联系授权。邮箱:shouquan@stimes.cn。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
我国成功发射快舟十一号固体运载火箭 “猎户座”飞船拍摄到“新月形”地球
世界最大射电天文台开建 科学家找到调控水稻小麦穗发芽的“开关”
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文