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科学家将测试全球最大核聚变反应堆ITER的燃料

核聚变 核燃料 氢同位素
发布:2021-02-25 10:10:29     来源:cnBeta.COM


 

12月,欧洲联合火炬(JET)的研究人员开始用氚,一种稀有的放射性氢同位素进行核聚变实验。该设施是耗资220亿美元ITER项目一部分,并拥有同样的甜甜圈形 "托克马克 "设计,这是世界上最先进的核聚变能源方法。这是自1997年以来,研究人员首次在含有大量氚的 "托卡马克 "中进行实验。

6月,JET将开始融合更多的氚和氘,氘是另一种氢的同位素。ITER将使用这种燃料混合物,试图从核聚变反应中创造出比投入更多的能量,这是以前从未展示过的。反应堆应该加热和限制氘和氚的等离子体,使同位素融合成氦气产生足够的热量来维持进一步的聚变反应。

JET的实验将有助于科学家们预测ITER托卡马克中的等离子体将如何运行,并设计出这一大型实验的运行环境。ITER将于2025年开始运行低功率氢反应。但从2035年起,它将以50:50的氘和氚混合燃料运行。

ITER和JET都位于牛津大学附近的Culham聚变能源中心(CCFE),利用极端磁场将等离子体限制在一个环中,并将其加热,直到发生聚变。JET中的温度可以达到1亿度,比太阳核心的温度高很多倍。

世界上最后一次用氚进行的托卡马克聚变实验也在JET进行。当时的目标是达到峰值功率,该设施成功地实现了创纪录的输出功率与输入功率之比(称为Q值)为0.67。这一纪录至今仍保持着,Q值为1则是收支平衡。但今年的目标是将类似水平的聚变能量维持5秒或更长时间,从实验中获得尽可能多的数据,并了解持续时间更长的等离子体的行为。

与氚打交道带来了独特的挑战、JET的研究人员花了两年多时间重新安装机器的部件,并准备处理放射性物质。这种同位素会迅速衰变,因此在自然界中只出现微量的氚,通常作为核裂变反应堆的副产品;世界上的供应量只有20公斤。

处理氚的部分挑战在于,它与氘反应产生中子的速度远高于单纯的氘反应。商业反应堆会捕捉这些中子的能量来发电,但在JET中,高能粒子会遍布机器内部,破坏诊断系统。这意味着JET团队不得不将摄像机和其他仪器移到混凝土屏蔽后面。

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