英国聚变反应堆从“甜甜圈”升级为“苹果”

(图片来源:UKAEA)

据《科学》报道,经过7年建造,英国改造后的聚变反应堆——兆安球形托卡马克(MAST)的升级版,日前首次启动。

这个耗资5500万英镑(折合人民币约4.8亿元)的装置,将作为未来聚变反应堆关键技术的试验平台,也为聚变电站的设计提供了新思路。

聚变是将较轻的原子核聚合为较重的原子核而产生能量的核反应,而托卡马克是几十年来核聚变研究的主流途径。传统的托卡马克是一个环形装置,其中含有超热的电离气体(等离子体)——氢的同位素氘和氚。等离子体作为核聚变反应的“燃料”,受到强大的磁场的约束,并被微波和粒子束加热。

位于法国的建设中的ITER,作为全球寄托核聚变梦想的一个焦点,也是一个巨型的托卡马克装置。 ITER的托卡马克反应堆模型,

图中紫色发光部分是等离子体。

(图片来源:ITER官网)

MAST是标准托卡马克的变体。它的形状更像一个带核的苹果而不是甜甜圈。研究人员认为,升级后的装置相比之前的环形装置更能保证等离子体的稳定性。

从1999年开始,MAST首次对这一新概念进行了大规模的测试,现在已经在额外加热功率、从等离子体中提取热量技术等方面进行了升级。美国普林斯顿等离子体物理实验室的一项被称为国家球面环面实验(NSTX)的类似设施,也同样进行了升级。然而,在2016年重启后不久,NSTX就遭遇了磁铁故障,目前正在重建。

英国研究人员希望升级版的MAST能够展示出足够的性能改进,从而推进建设球形托卡马克示范电站计划。去年开始,他们在英国政府2.2亿英镑(折合人民币约19亿元)的资助下,着手设计球形托卡马克示范电站,并希望在2040年启动这个新一代电站。

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