【熱點】英國核聚變反應堆正測試重燃料,為創造記錄已經24年

ITER核聚變反應堆的一個較小的兄弟反應堆正在測試重氚燃料。

距離科學家利用氚創造聚變記錄已經過去了24年。

氚有兩個中子,而氘只有一箇中子。

核科學家們將很快測試將最終為巨大的國際熱核實驗反應堆(ITER)提供動力的特殊燃料混合。英國的聯合歐洲環面(噴氣)反應堆正在為ITER進行“彩排”,首先測試燃料。如果演習進展順利,這對核聚變的未來是個好訊息。

【熱點】英國核聚變反應堆正測試重燃料,為創造記錄已經24年

ITER是一個龐大的、國際性的核聚變專案。在花費了幾十年的數十億美元之後,該反應堆計劃在2035年開啟其第一個生產性(“點燃”)聚變反應堆。在那之前,團隊將夜以繼日地進行構建和測試。這意味著要組裝巨大的甜甜圈形狀的託卡馬克反應堆,在那裡核燃料將被轉化成炙熱的等離子體,並在磁場中迴圈。

神奇的燃料混合物將氚和氘結合在一起。全世界只有20公斤的氚,這是一種脆弱的氫同位素,半衰期極短。同時,氘是穩定的,也是氫最豐富的天然同位素。ITER計劃從2035年開始使用50/50的兩種燃料混合,這意味著反應堆必須能夠承受旋轉的氚中子撞擊聚變室外部的特殊撞擊。

因此,JET的科學家們開始用不同的微量氚和不同數量的等離子脈衝進行遠端實驗,所有這些都是為了找到ITER最終使用的準確的混合和數字。

雖然氘是穩定的,但它的能量要比氚低得多,而氚要重得多,質量也大得多。想象一下搖一個裝有50枚硬幣的咖啡罐和50枚25美分硬幣的咖啡罐:搖的效果是一樣的,但因為質量不同,搖咖啡罐的感覺、聲音以及搖咖啡的力度都不同。

噴氣反應堆的目標是“加熱和限制氘和氚的等離子體,以便同位素聚變成氦產生足夠的熱量來維持進一步的聚變反應,”《自然》雜誌的伊麗莎白·吉布尼解釋道:

“在噴氣機中,高能粒子將充斥機器內部,並破壞診斷系統。這意味著噴氣機團隊不得不將攝像機和其他儀器移到混凝土防護板後面。”

在一個完全實現的商業聚變反應堆中,這些粒子將產生電能,但JET是一個尋求科學資料的測試反應堆,而不是電能。託卡馬克燃燒得又快又熱,很容易損壞內部裝置並停止執行。磁場很容易使反應變得不穩定並降低正在進行的反應的剩餘部分。氚的能量足以讓旋轉的中子使JET的整個設施具有放射性,對科學家來說也不安全。

噴氣機是ITER的重要複製品,使其成為一個偉大的試驗場。事實上,世界上現存的核聚變反應記錄——核聚變輸出與輸入的比率為0。67:1——是在1997年用氚創造的。(例如,聚變反應堆要產生能量,其比率必須達到1。01:1或更高。)科學家說,混合物中的氚使託卡馬克更有可能達到這個目標。

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