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核聚变创造新世界纪录:英国反应堆在5秒钟内释放69兆焦耳能量

2024-02-12科学

经过40多年的发展,英国的核反应堆仍在创造纪录。

在最新一轮的实验中,位于牛津郡卡尔汉姆的欧洲联合托卢斯(JET)总共释放了69兆焦的能量,持续了五秒钟。

虽然能量输出并不算巨大,但它创下了世界纪录,并为核能供应人们家庭的未来带来了希望。

JET建于上世纪70年代后期,其中包含了被加热至1.5亿开尔文(比太阳中心热10倍)的旋转等离子体。

在这样的温度下,氢原子聚变成氦,释放出可持续利用的能量,这有望结束化石燃料的使用。

JET于1983年开始运行,但现在即将被停用,于去年12月底结束了科学实验。

这座英国设施每年据说需要花费2000到3000万英镑来运营,被视为正在法国建造的225亿美元(159亿英镑)国际热核聚变试验堆(ITER)的前身。

英国核能和网络部长安德鲁·鲍伊表示:「JET的最后一次聚变实验是对自1983年以来该项目所做的开创性工作的恰当告别。」

「由于牛津郡的国际科学家和工程师团队,我们比以往任何时候都更接近实现聚变能源。」

JET创下的新能量纪录仅使用了0.2毫克的燃料,约等于一粒花粉的重量。

但由此产生的能量输出(69兆焦)足以加热水,制作大约600杯茶。

这也超过了两年多前创下的59兆焦的自己的纪录。

如果以每秒69兆焦的速度连续运行,它将能够持续为约12,000户家庭提供电力。

JET作为一个研究设施建造,旨在展示核聚变产生电力的潜力。

但它可能是全球核聚变发电厂的鼻祖,为电网直接供电和人们家庭提供电力。

核聚变发电厂可以减少发电行业的温室气体排放,不再使用煤炭和天然气等化石燃料。

英国原子能机构首席执行官伊恩·查普曼爵士表示:「JET的运行条件尽可能接近发电厂的条件。」

「它的遗产将在所有未来的发电厂中广泛存在。」

与其他聚变反应堆一样,JET是一种托卡马克,一种利用强大磁场将「等离子体」捕获在一个圆环形状中的结构。

容器内的氢气被加热成等离子体,形成由正电荷粒子(离子)和负电荷粒子(电子)组成的混合物。

在托卡马克中,等离子体被磁场困住和加压,直到激活的等离子体粒子开始碰撞。

当粒子聚变成氦时,它们释放出巨大的能量,模拟自然界中恒星心核的过程。

JET直径约为20英尺(6米),不是世界上最大的核聚变反应堆。

日本的JT-60SA反应堆位于东京北部的那古市,是一座高六层、高44英尺、宽50英尺的大型机器。

JT-60SA由欧洲和日本共同建造和运营,直到法国ITER完成后,它将成为世界上最大的聚变反应堆。

其他较小的反应堆正在建造和测试,包括牛津郡的ST40,与其他「甜甜圈形状」的反应堆相比,它更加紧凑。

与当前核电厂使用的裂变技术不同,聚变技术将两个原子核融合在一起,而不是分裂一个。

聚变与裂变不同,不会出现像2011年日本福岛核事故那样的核灾难风险,并且产生的放射性废料比现有发电厂要少得多,据其支持者说。