英美核聚变科学家联合实验研究数据显示,初步结果可能有助于扫清核聚变障碍,实现基于核聚变的商业发电。科学家们相信他们现在有了更好的方法来消除聚变反应产生的多余热量,这种强烈的热量会熔化反应堆内使用的材料,从而限制了反应堆的运行时间。
这些试验是在牛津郡Culham的Mast(兆安培球形托卡马克)升级核聚变实验中进行的。这个托卡马克经过7年的建设,55米的小型托卡马克设备于去年10月开始运行。核聚变反应的诀窍是从反应中获得比投入更多的能量,这也是目前核聚变实验无法做到的,世界各地的科学家和工程师团队仍未能实现这一目标,他们正在努力使聚变能成为现实。
现有的核能依赖于一种叫做裂变的过程,在这种过程中,一种重的化学元素被分裂产生较轻的元素,而聚变的原理是将两种轻元素合成一种重元素。一种常见的聚变方法是使用一种称为托卡马克的反应堆,在托卡马克中,强大的磁场被用来控制圆环形容器内的带电气体或等离子体。在托卡马克内部,等离子体由磁场控制,目前,一个名为Iter的国际核聚变大项目正在法国南部建设中。
英国原子能管理局UKAEA首席执行官ianchapman教授说道:“我们的Mast核聚变设备是为更紧凑、更便宜的聚变反应堆设计模板的一次尝试,它利用了一种被称为球形托卡马克的创新设计,将燃料挤入一个4.4米高、4米宽的空间,相比之下,Iter用来控制核聚变反应的安全壳高11.4米,宽19.4米。”
托卡马克内的等离子体核心温度达到1亿摄氏度,如果没有一个排气系统来处理这种难以想象的热量,设计中的材料就必须定期更换,这大大影响了发电厂的运行时间。在Culham试验的新排气系统被称为Super-X偏滤器系统,这将使未来商业核聚变托卡马克中的组件能够使用更长的时间,大大提高了发电厂的可用性,提高了其经济可行性,降低了聚变发电的成本。升级测试表明,使用Super-X系统材料的热量是原来的十分之一。科学家们说,这一结果为核聚变电站提供了更多的可行性,核聚变发电站很快可以提供负担得起的、高效的电力,在气候变化的背景下,核聚变可以提供一种清洁且无限的能源。
Culham升级实验的首席科学家安德鲁·柯克博士说,“这一结果是我们UKAEA团队近十年来一直在等待的时刻,我们建造这个系统是为了解决紧凑型核聚变电站的排气问题,数据表明我们已经成功了。Super-X将排气系统的热量降低到极限值,这可能意味着在发电厂的使用寿命内,它只需更换一次。”随着Super-X升级排气系统的成功,推动了英国一座名为Step的核聚变发电站原型的计划,预计它将于20世纪40年代上线。
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