歐洲聯合環JET實作受控核聚變能量新紀錄

核聚變長期以來被認為是一種理想的未來綠色能源，像太陽這樣的恒星就是通過核聚變獲得動力的，是以它又被稱為“人造太陽”。核聚變的主要過程，是在高溫下将氫的同位素——氘和氚——融合在一起，形成氦，同時這一過程會以熱量形式釋放出巨大能量。此外，通過核聚變可以在全球範圍内實作僅僅以廉價材料中擷取的少量燃料，就能在長期時間内獲得近乎無限的清潔電力能源；更重要的是，核聚變本質上是十分安全的，因為它不會引起“失控”鍊式反應。

而對于這一理想的未來能源，最近又有了新的進展。2022 年 2 月 9 日，歐洲核聚變研發創新聯盟（EUROfusion）、英國原子能管理局（UKAEA，UK Atomic Energy Authority）和國際熱核聚變實驗堆計劃（ITER）聯合宣布，在 2021 年 12 月 21 日，來自歐洲的研究團隊實作了受控核聚變能量的新記錄：它們在目前世界上最大的聚變反應堆，即在歐洲聯合環（JET）中，将氫的同位素氘和氚加熱到了 1.5 億攝氏度并穩定保持了 5 秒鐘，同時核聚變反應發生，原子核融合在了一起，釋放出 59 兆焦耳（MJ）的能量。

圖 | 歐洲聯合環（JET）(來源：英國原子能管理局)

59 兆焦耳這一受控核聚變能量數值，打破了 25 年前同樣也是 JET 創下的 22 兆焦耳的記錄，并且是上次記錄的 2.5 倍以上。它大約相當于一輛滿載的卡車以每小時 160 公裡的速度行駛的動能的兩倍。

普林斯頓等離子體實體實驗室（PPPL，Princeton Plasma Physics Laboratory）的主任斯蒂文·科雷（Steven Cowley）之後評價說：“看到它在 5 秒内保持高功率的鏡頭實在是太棒了。”

實作這次受控核聚變能量新紀錄的 JET，是目前全世界唯一能夠使用氘和氚這種混合燃料進行運作的裝置，它位于英國牛津郡卡勒姆（Culham）的英國原子能管理局基地。由歐洲聚變計劃 EUROfusion 的成員共同設計和建造，自 1983 年開始營運，平時由英國牛津的卡勒姆聚變能源中心負責技術營運，此外 EUROfusion 實驗室的技術人員也會定期來 JET 進行工作。

盡管 JET 這一次的成就并不意味着聚變發電很快就會流入電網中——為此還必須要達到大約此次核聚變反應能量的 3 倍才行。但是這一成就對于它的下一代 ITER 項目來說，是一個十分令人振奮的消息。ITER 科學部門的負責人阿爾貝托·洛亞特（Alberto Loarte）說，“它有力地證明了我們在 ITER 上的戰略”。

JET 和 ITER 這兩個核聚變裝置，使用的其實是類似的原理和方法——兩者都是托卡馬克（Tokamak）裝置：被包裹在強大磁鐵網格中的環狀容器，其中的磁鐵可以将超熱電離氣體或等離子體固定在适當的位置，并防止其接觸和熔化容器壁。

在 JET 上進行核聚變研究的進展緩慢，促使研究人員在 1990 年代設計了更大、更先進的 ITER，它是一個 20 米寬的巨型托卡馬克裝置，可容納的等離子體是 JET 的 10 倍。根據模拟，等離子體的體積越大，熱量就越難以逸出，進而可以使核聚變條件保持的時間更長。

ITER 裝置位于法國南部，這一項目是由中國、歐盟、印度、日本、南韓、俄羅斯和美國這七個成員共同資助的，總耗資約為 250 億美元，并計劃于 2025 年開始運作，但是到産生大量電力，需要等到 2035 年。參與負責這一項目的七方涵蓋了全世界主要核國家和主要亞洲國家，這些國家的人口接近了全球一半。而中國參加 ITER 計劃，也是基于長遠的能源基本需求的考慮。

之是以說 JET 這次實驗的成就證明了 ITER 的戰略，主要是因為這次實驗中 JET 将等離子容器之前的碳裡襯代替成了和 ITER 一樣的铍和鎢金屬混合物。

事實上，之前 JET 的早期運作曾經給 ITER 的設計師們上了重要的一課。之前 JET 的等離子容器的裡襯中使用的是碳，因為它可以抵抗熔化。但是結果發現，這些碳裡襯會 “像海綿一樣吸收燃料”。是以在設計 ITER 時裡襯材料被金屬铍和鎢所取代。金屬鎢不僅比碳更耐腐蝕，而且還可以儲存更多的氫。

在這次實驗中，為了使 JET 的實驗條件盡可能接近未來的 ITER ，研究人員将等離子容器裡襯換成了铍和鎢的混合物。而這次實驗也證明了研究人員的設計：即是在比太陽中心還要高十倍的溫度下，也實作了産生創紀錄水準的核聚變能量。

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