5 秒输出 59 兆焦耳实验 ITER欧洲核聚变的能量新记录

欧洲联合托卡马克反应堆内部一览

1991 年，在开创性能源设施上工作的科学家取得了重大突破，首次实现了核聚变能量的可控释放。1997 年，联合欧洲环面 (JET) 托卡马克反应堆被用来创造 22 兆焦耳的能源输出世界纪录。25 年后，科学家们现在打破了这项世界纪录，他们称这是寻求核聚变能的里程碑时刻。

JET 是一种称为托卡马克的聚变反应堆，它是一种环形腔室，使用整齐排列的磁线圈来限制圆形等离子体流。这种等离子体被加热到数百万度，理论上，它被保持足够长的时间让其中的氢原子融合在一起形成氦原子，从而释放出大量的能量。

这是在太阳内部发生的过程，巨大的引力和极高的热量将氢同位素氘和氚融合在一起产生能量。然而，氚在地球上相对稀有且难以处理，因此最后一次使用这种燃料的实验是 1997 年在 JET 进行的那些破纪录的努力。研究人员通常在等离子体实验中使用氢或氘代替氚。

马克斯普朗克等离子体物理研究所的 Athina Kappatou 博士解释说：“我们可以通过使用氢或氘来很好地探索聚变等离子体的物理特性，因此这是世界范围内的标准。” “然而，为了过渡到国际、大规模的核聚变实验 ITER，我们必须为那里的普遍条件做好准备。”

ITER，即国际热核实验反应堆，是一座正在法国南部建造的七层高的托卡马克装置，将于 2025 年完工时成为世界上最大的核聚变装置。ITER 将使用 50:50 的氘和氚混合物，并且是设计用于从 50 兆瓦的输入产生 500 兆瓦的功率来加热等离子体，这表明能量输出增加了十倍。

JET 的控制室

为了准备本十年后期的这些实验，JET 的工程师用铍和钨的组合替换了等离子容器的内部碳衬里，这与 ITER 壁的衬里材料相同。这种修改，加上实验前的仔细建模，使科学家能够用氘氚燃料产生稳定的等离子体，在 5 秒内产生 59 兆焦耳的能量，是之前记录的两倍多。

英国原子能局首席执行官伊恩·查普曼 (Ian Chapman) 表示：“这些具有里程碑意义的成果使我们朝着克服所有科学和工程挑战中最大的挑战之一迈进了一大步。这是对 20 多年研究和实验的回报。”与我们来自欧洲各地的合作伙伴。”

在 1997 年的实验中，反应堆还短暂产生了 16 兆瓦的峰值功率，创下了托卡马克装置的记录。这一记录今天仍然存在，并且没有被最近一轮的 JET 实验打破，而是专注于产生持续的聚变能量。

EUROfusion 项目经理 Tony Donné 说：“如果我们可以保持 fusion 5 秒，我们可以在 5 分钟之后再 5 个小时，因为我们在未来的机器中扩大我们的操作。”