編譯 蔡立英

Mast Upgrade將測試一項創(chuàng)新性的聚變設(shè)計

位于英國牛津郡的一項開創(chuàng)性核聚變實驗首次啟動。

英國改造后的核聚變反應(yīng)堆：兆安球形托卡馬克（Tokamak）升級版（Mast Upgrade）可以清除為電網(wǎng)提供無限清潔能源所面臨的障礙。

聚變不同于現(xiàn)今的核電站使用的裂變技術(shù)，因為它可以釋放巨大能量，而且?guī)缀鯖]有放射性。

這個耗資5 500萬英鎊的聚變裝置歷時7年才建成。

當(dāng)前，人類對核能的利用方式依賴于裂變，就是將較重的化學(xué)元素分裂成較輕的化學(xué)元素。

而核聚變的工作原理恰好相反，是將兩種輕元素融合成更重的元素。太陽釋放的巨大能量就來自其中心發(fā)生的核聚變，Mast Upgrade是人類在地球上復(fù)制太陽釋放能量過程的雄心勃勃的嘗試。

與裂變不同，聚變不會產(chǎn)生長壽命放射性核廢料，并且可以改變我們獲取能源的方式，同時解決氣候危機。

Mast Upgrade將使用一種稱為球形托卡馬克的創(chuàng)新性設(shè)計。

托卡馬克是一種聚變裝置，利用磁場將等離子體（超熱的電離氣體）約束在容器內(nèi)，等離子體使輕元素融合并釋放能量。

大多數(shù)托卡馬克的形狀像甜甜圈。但是在Mast Upgrade中，甜甜圈中孔的尺寸已盡可能縮小，使等離子體幾乎呈球形。

英國原子能管理局（UKAEA）首席執(zhí)行官伊恩·查普曼（Ian Chapman）教授稱，Mast Upgrade的啟動是“一個非常重要的時刻”。

裝置中的第一個等離子體標(biāo)志著這個開拓性實驗項目的開始，該項目將使英國更接近建造聚變核電站的夢想?？刂频入x子體并實施聚變反應(yīng)是一回事，但是從反應(yīng)中產(chǎn)生比實驗投入更多能量則是另一回事。

位于英國牛津郡的庫勒姆聚變能中心（CCFE）既有Mast Upgrade，還有一個稱為“歐洲聯(lián)合環(huán)”（JET）的聚變裝置。JET使用更常規(guī)的設(shè)計，并且是耗資數(shù)十億歐元的國際熱核聚變實驗反應(yīng)堆（ITER）的先驅(qū)。ITER是目前世界上最大的科學(xué)實驗之一，它將展示大規(guī)模核聚變反應(yīng)。

除了ITER遵循的昂貴的聚變途徑外，庫勒姆的研究人員還在探索一條平行途徑。

查普曼教授在接受BBC新聞采訪時說：“我們一直在考慮建造核電站的新途徑，可以使核電站更小、造價更便宜。這些優(yōu)點將有望使聚變核電站更快滲透到能源市場中。這就是我們建造球形托卡馬克的起因。”

但是，他說：“球形托卡馬克面臨的最大挑戰(zhàn)在于發(fā)生聚變的邊界條件是燃料溫度需要比太陽溫度高10倍。如果把它放進一個小得多的盒子里，熔化盒子壁的概率就高得多了。因此，需要想出真正巧妙的散熱方法?！?/p>

庫勒姆的工程師和物理學(xué)家所做的就是設(shè)計一個復(fù)雜且技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性的排氣系統(tǒng)。UKAEA的科學(xué)家現(xiàn)在計劃在Mast Upgrade上測試這個稱為“Super-X分流器”的新型排氣系統(tǒng)。

該排氣系統(tǒng)的設(shè)計目的：在足夠低的溫度下（即材料能夠承受）將等離子體從裝置中引導(dǎo)出去，這意味著組件的使用壽命更長。

伊恩·查普曼說：“如果這個設(shè)計奏效，的確提供了一條建造更緊湊聚變核電站的途徑，以更具成本競爭力的方式在地球上實現(xiàn)聚變?！?/p>

英國科學(xué)大臣阿曼達(dá)·索洛韋（Amanda Solloway）表示：“我們希望英國成為聚變能的世界領(lǐng)先者，并利用聚變能驚人的潛力，找到可持續(xù)數(shù)百年的清潔能源。在英國政府5 500萬英鎊的資金支持下，Mast Upgrade裝置的啟用是這個國家核聚變實驗的里程碑，使我們朝著2040年建成英國第一座聚變核電站的目標(biāo)又邁進了一步。”

資料來源BBC