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核聚變創造新世界紀錄:英國反應堆在5秒鐘內釋放69兆焦耳能量

2024-02-12科學

經過40多年的發展,英國的核反應堆仍在創造紀錄。

在最新一輪的實驗中,位於牛津郡卡爾漢姆的歐洲聯合托盧斯(JET)總共釋放了69兆焦的能量,持續了五秒鐘。

雖然能量輸出並不算巨大,但它創下了世界紀錄,並為核能供應人們家庭的未來帶來了希望。

JET建於上世紀70年代後期,其中包含了被加熱至1.5億克耳文(比太陽中心熱10倍)的旋轉等離子體。

在這樣的溫度下,氫原子聚變成氦,釋放出可持續利用的能量,這有望結束化石燃料的使用。

JET於1983年開始執行,但現在即將被停用,於去年12月底結束了科學實驗。

這座英國設施每年據說需要花費2000到3000萬英鎊來營運,被視為正在法國建造的225億美元(159億英鎊)國際熱核聚變試驗堆(ITER)的前身。

英國核能和網絡部長安德魯·鮑伊表示:「JET的最後一次聚變實驗是對自1983年以來該專案所做的開創性工作的恰當告別。」

「由於牛津郡的國際科學家和工程師團隊,我們比以往任何時候都更接近實作聚變能源。」

JET創下的新能量紀錄僅使用了0.2毫克的燃料,約等於一粒花粉的重量。

但由此產生的能量輸出(69兆焦)足以加熱水,制作大約600杯茶。

這也超過了兩年多前創下的59兆焦的自己的紀錄。

如果以每秒69兆焦的速度連續執行,它將能夠持續為約12,000戶家庭提供電力。

JET作為一個研究設施建造,旨在展示核聚變產生電力的潛力。

但它可能是全球核聚變發電廠的鼻祖,為電網直接供電和人們家庭提供電力。

核聚變發電廠可以減少發電行業的溫室氣體排放,不再使用煤炭和天然氣等化石燃料。

英國原子能機構行政總裁伊恩·查普曼爵士表示:「JET的執行條件盡可能接近發電廠的條件。」

「它的遺產將在所有未來的發電廠中廣泛存在。」

與其他聚變反應堆一樣,JET是一種托卡馬克,一種利用強大磁場將「等離子體」捕獲在一個圓環形狀中的結構。

容器內的氫氣被加熱成等離子體,形成由正電荷粒子(離子)和負電荷粒子(電子)組成的混合物。

在托卡馬克中,等離子體被磁場困住和加壓,直到啟用的等離子體粒子開始碰撞。

當粒子聚變成氦時,它們釋放出巨大的能量,模擬自然界中恒星心核的過程。

JET直徑約為20英尺(6米),不是世界上最大的核聚變反應堆。

日本的JT-60SA反應堆位於東京北部的那古市,是一座高六層、高44英尺、寬50英尺的大型電腦器。

JT-60SA由歐洲和日本共同建造和營運,直到法國ITER完成後,它將成為世界上最大的聚變反應堆。

其他較小的反應堆正在建造和測試,包括牛津郡的ST40,與其他「甜甜圈形狀」的反應堆相比,它更加緊湊。

與當前核電廠使用的裂變技術不同,聚變技術將兩個原子核融合在一起,而不是分裂一個。

聚變與裂變不同,不會出現像2011年日本福島核事故那樣的核災難風險,並且產生的放射性廢料比現有發電廠要少得多,據其支持者說。