當前位置: 華文世界 > 科學

歐洲核聚變大突破!創最大輸出紀錄!還幹了一件以前不敢幹的事

2024-07-28科學

導語

閃亮登場數十年,奮鬥數十載,英國牛津郡卡勒姆核聚變中心的歐洲聯合環狀反應堆——簡稱JET,近日宣布退役,這也將是這款經典「老將」進行的最後一次氘氚聚變實驗。

果然就像「老司機」一樣,最後一輛車也是要搶個風頭的,JET在這最後一場大戰中,就是為了創造一項世界紀錄,這離我們日常生活中的清潔能源還有多遠呢?

又是創造了什麽樣的紀錄?

JET又會以何種形式「退役」呢?

清潔能源的重要組成部份。

清潔能源,簡單來說就是指在使用這種能源時不會產生或者產生極少的二氧化碳等溫室氣體,同時在能源的開發、轉化和利用過程中減少對環境的破壞,提升整個能源體系在生態可持續性方面的效能。

而核聚變能量就是其中的一個重要部份。

其原理就是如同太陽和星星那樣的天體,透過將輕的原子核融合形成重核來釋放能量,然後進行收集,電力系統就可以將這些能量轉化為電能進行使用。

相比於目前通用的核分裂技術,核聚變不但產生的高級別輻射少,而且產生的核廢料更加穩定,處理更為安全,同時釋放的能量也更大,可以說其幾乎不需要考慮安全方面的隱患,更能夠為全人類提供永續發展的清潔能源。

但是這也是迄今為止人類所面臨的最大的工程挑戰之一。

核聚變所蘊含的巨大能量都是透過氘氚聚變等原子核融合來釋放的,在這個過程中,其氘和氚的原子核之間要以高溫的狀態聚集在一起,因為一般來說,這種聚集現象只有在大約10^7℃的高溫下才有可能出現。

然而,隨著原子核溫度的上升,這種溫度將會產生一定的壓力,從而會令氘氚等原子核向著更高的能階移動,最終促使其進行聚變反應。

因此,對於核聚變能量來說,我們必須克服三重積的挑戰,分別是時間,溫度和密度。

其中時間主要指的是氘氚等原子核就要在較長的時間範圍內形成聚集,以便讓原子核產生融合反應,從而能夠釋放出能量。

而溫度則是聚變反應產生的能量需要保持的最低溫度,最終將這些溫度的能量轉化為電能供人類使用。

最後,密度則是指在某個特定的時間段之內,一定的空間記憶體在的氘氚等原子核的數量,其密度的提升會導致原子核之間的相互作用,從而產生融合反應,最終釋放出能量。

而要實作這三重積,是非常有挑戰性的。

最終,在全球範圍內,聯合起來共同研發了ITER專案,這也是世界範圍內第一台大型的聚變實驗裝置,其將10億度的等離子體維持在500秒以上,輸入外來能量50兆瓦,最終要產生達到500兆瓦的核聚變能量。

這無疑將會是人類有史以來所發現過的能量產生量最大的一種。

JET的最終實驗。

正是在ITER的基礎上,JET便應運而生,很多人都對JET進行過誤解,認為其是一台核聚變反應堆,但實則不然。

JET是一台核聚變實驗裝置,而它背後的目的就是想要證實在實驗裝置上得到的結果可以在ITER上進行驗證,從而就可以驗證核聚變技術系統的可行性。

除了偶爾在實驗的時候會產生少量的放射性,這對於JET的執行沒有多少副作用,因此其可以進行多次實驗。

在JET進行的最後一次實驗中,創造了一項世界紀錄,這一次JET維持了整整5.2秒的核聚變反應,同時還產生了有69兆焦耳的能量。

尚且做不到每天都能進行一次氘氚聚變實驗,最大的一次聚變反應一般來說只有40兆焦耳,因此JET這一次實驗的能量已然是最高的。

而這一次實驗主要是想要探索一下邊緣穩定性的,試圖用更好的方式解決在大型反應堆上產生的渦流問題。

在等離子體邊緣的陡峭過渡區是PPCD生產的關鍵時間,這是指向內減小攜帶的磁通量是如何改變等離子體的結構,並且采用這一生產方式,可以使得等離子體的邊緣更接近邊界和底部的壁的交換層,並且使得能量比例因子更接近於1。

因此在邊緣陡峭的過渡區是如何影響等離子體密度和對流以及邊界等離子體活動的,這是科研人員想要探索的一個方向。

透過這種方式,不僅有望找到一種解決方法,還能為核聚變中心的進一步研究提供一些參考。

另外一方面,還有一個就是反D形等離子體實驗中,科研人員還想要在不改變邊界條件的情況下,探索等離子體的邊緣穩定性。

這也是為了探索未來大型反應堆中是否可以采取逆D形等離子體的研究。

逆D形等離子體中等離子體的邊緣結構可能會和內部的約束條件、邊界條件之間存在的關系解耦,從而有可能獲得一些邊緣穩定性的結果。

除此之外,對於JET的退役計劃,是準備慢慢拆解,這項計劃本身也是經過充分的考量的。

而JET的拆除也是需要一些時間的,這整個過程可能會持續16年左右,這其中還包括了一個升級計劃,為的是尋找沒有被發現的資訊,不過就目前來說,未來主要方向應該是商業反應堆。

JET退役計劃。

JET在實驗過程中,會產生少量的放射性,這也就需要更好的材料來包裹住這些放射性物質,從而減低危害對周圍環境的影響。

在接下來的日子裏,JET將會與ITER專案進行合作,試圖找出一些有價值的資訊。

而這些資訊主要有兩個方面,一方面,則是等離子體與內壁相互作用的關系,以及新的電流的磁場結構;

而另一方面就是,高能中子的輻照可能會使材料的水解性提高,從而引起等離子體對控制方面的幹擾,因此科研人員將會悉心地研究這些方面的情況,為未來的研究工作做好充分的準備。

在其研究的過程中,還會盡量少地產生一些放射性廢料,在最終的拆解過程中,可以說這是一項非常復雜的工程。

在經過仔細的制定計劃之後,無論是在危及環境的情況下或者是輻射的問題,都需要非常來處理,避免對環境和人員的傷害。

在整個拆解的過程,還要盡可能的找出有價值的資訊,尤其是一些部件和機械結構的資訊等,這些還會對未來的研究和商業方面進行一定的借鑒。

除此之外,還有一些在實驗中產生的磁鐵線圈,這些都是非常昂貴的,其制備的材料一般來說都是采用超導磁鐵線圈,不僅實驗結果需要得到完美的保障,同時其也需要拆卸處理。

這其中還需要花費大量的經費來進行處理,還有照射過的材料的處理,需要進行高嚴的標準,以免有任何的一絲放射性物質就會對環境進行汙染。

結語

核聚變技術的發展並不是一帆風順的,其會遇到一系列的問題,其中也包括等離子體的溫度、密度的控制,以及維持的時間等,但是各國的科學家都在為之付出自己的努力。

我們無法預知它的未來道路會是怎樣,但是相信透過各種努力,在將來的日子裏一定會取得更多的成果。

因此,我們也應該對未來的科技發展充滿期待。