当前位置: 华文世界 > 科学

欧洲核聚变大突破!创最大输出纪录!还干了一件以前不敢干的事

2024-07-28科学

导语

闪亮登场数十年,奋斗数十载,英国牛津郡卡勒姆核聚变中心的欧洲联合环状反应堆——简称JET,近日宣布退役,这也将是这款经典「老将」进行的最后一次氘氚聚变实验。

果然就像「老司机」一样,最后一辆车也是要抢个风头的,JET在这最后一场大战中,就是为了创造一项世界纪录,这离我们日常生活中的清洁能源还有多远呢?

又是创造了什么样的纪录?

JET又会以何种形式「退役」呢?

清洁能源的重要组成部分。

清洁能源,简单来说就是指在使用这种能源时不会产生或者产生极少的二氧化碳等温室气体,同时在能源的开发、转化和利用过程中减少对环境的破坏,提升整个能源体系在生态可持续性方面的性能。

而核聚变能量就是其中的一个重要部分。

其原理就是如同太阳和星星那样的天体,通过将轻的原子核融合形成重核来释放能量,然后进行收集,电力系统就可以将这些能量转化为电能进行使用。

相比于目前通用的核裂变技术,核聚变不但产生的高级别辐射少,而且产生的核废料更加稳定,处理更为安全,同时释放的能量也更大,可以说其几乎不需要考虑安全方面的隐患,更能够为全人类提供永续发展的清洁能源。

但是这也是迄今为止人类所面临的最大的工程挑战之一。

核聚变所蕴含的巨大能量都是通过氘氚聚变等原子核融合来释放的,在这个过程中,其氘和氚的原子核之间要以高温的状态聚集在一起,因为一般来说,这种聚集现象只有在大约10^7℃的高温下才有可能出现。

然而,随着原子核温度的上升,这种温度将会产生一定的压力,从而会令氘氚等原子核向着更高的能级移动,最终促使其进行聚变反应。

因此,对于核聚变能量来说,我们必须克服三重积的挑战,分别是时间,温度和密度。

其中时间主要指的是氘氚等原子核就要在较长的时间范围内形成聚集,以便让原子核产生融合反应,从而能够释放出能量。

而温度则是聚变反应产生的能量需要保持的最低温度,最终将这些温度的能量转化为电能供人类使用。

最后,密度则是指在某个特定的时间段之内,一定的空间内存在的氘氚等原子核的数量,其密度的提升会导致原子核之间的相互作用,从而产生融合反应,最终释放出能量。

而要实现这三重积,是非常有挑战性的。

最终,在全球范围内,联合起来共同研发了ITER项目,这也是世界范围内第一台大型的聚变实验装置,其将10亿度的等离子体维持在500秒以上,输入外来能量50兆瓦,最终要产生达到500兆瓦的核聚变能量。

这无疑将会是人类有史以来所发现过的能量产生量最大的一种。

JET的最终实验。

正是在ITER的基础上,JET便应运而生,很多人都对JET进行过误解,认为其是一台核聚变反应堆,但实则不然。

JET是一台核聚变实验装置,而它背后的目的就是想要证实在实验装置上得到的结果可以在ITER上进行验证,从而就可以验证核聚变技术系统的可行性。

除了偶尔在实验的时候会产生少量的放射性,这对于JET的运行没有多少副作用,因此其可以进行多次实验。

在JET进行的最后一次实验中,创造了一项世界纪录,这一次JET维持了整整5.2秒的核聚变反应,同时还产生了有69兆焦耳的能量。

尚且做不到每天都能进行一次氘氚聚变实验,最大的一次聚变反应一般来说只有40兆焦耳,因此JET这一次实验的能量已然是最高的。

而这一次实验主要是想要探索一下边缘稳定性的,试图用更好的方式解决在大型反应堆上产生的涡流问题。

在等离子体边缘的陡峭过渡区是PPCD生产的关键时间,这是指向内减小携带的磁通量是如何改变等离子体的结构,并且采用这一生产方式,可以使得等离子体的边缘更接近边界和底部的壁的交换层,并且使得能量比例因子更接近于1。

因此在边缘陡峭的过渡区是如何影响等离子体密度和对流以及边界等离子体活动的,这是科研人员想要探索的一个方向。

通过这种方式,不仅有望找到一种解决方法,还能为核聚变中心的进一步研究提供一些参考。

另外一方面,还有一个就是反D形等离子体实验中,科研人员还想要在不改变边界条件的情况下,探索等离子体的边缘稳定性。

这也是为了探索未来大型反应堆中是否可以采取逆D形等离子体的研究。

逆D形等离子体中等离子体的边缘结构可能会和内部的约束条件、边界条件之间存在的关系解耦,从而有可能获得一些边缘稳定性的结果。

除此之外,对于JET的退役计划,是准备慢慢拆解,这项计划本身也是经过充分的考量的。

而JET的拆除也是需要一些时间的,这整个过程可能会持续16年左右,这其中还包括了一个升级计划,为的是寻找没有被发现的信息,不过就目前来说,未来主要方向应该是商业反应堆。

JET退役计划。

JET在实验过程中,会产生少量的放射性,这也就需要更好的材料来包裹住这些放射性物质,从而减低危害对周围环境的影响。

在接下来的日子里,JET将会与ITER项目进行合作,试图找出一些有价值的信息。

而这些信息主要有两个方面,一方面,则是等离子体与内壁相互作用的关系,以及新的电流的磁场结构;

而另一方面就是,高能中子的辐照可能会使材料的水解性提高,从而引起等离子体对控制方面的干扰,因此科研人员将会悉心地研究这些方面的情况,为未来的研究工作做好充分的准备。

在其研究的过程中,还会尽量少地产生一些放射性废料,在最终的拆解过程中,可以说这是一项非常复杂的工程。

在经过仔细的制定计划之后,无论是在危及环境的情况下或者是辐射的问题,都需要非常来处理,避免对环境和人员的伤害。

在整个拆解的过程,还要尽可能的找出有价值的信息,尤其是一些部件和机械结构的信息等,这些还会对未来的研究和商业方面进行一定的借鉴。

除此之外,还有一些在实验中产生的磁铁线圈,这些都是非常昂贵的,其制备的材料一般来说都是采用超导磁铁线圈,不仅实验结果需要得到完美的保障,同时其也需要拆卸处理。

这其中还需要花费大量的经费来进行处理,还有照射过的材料的处理,需要进行高严的标准,以免有任何的一丝放射性物质就会对环境进行污染。

结语

核聚变技术的发展并不是一帆风顺的,其会遇到一系列的问题,其中也包括等离子体的温度、密度的控制,以及维持的时间等,但是各国的科学家都在为之付出自己的努力。

我们无法预知它的未来道路会是怎样,但是相信通过各种努力,在将来的日子里一定会取得更多的成果。

因此,我们也应该对未来的科技发展充满期待。