核融合能源:破紀錄的 JET 專案內部 |歐洲新聞科技講座播客

核融合聽起來像是科幻電影中的場景——在過去,確實如此。

例如,在標誌性科幻電影《回到未來》中,主角們乘坐一輛改裝有旅行尺寸核融合反應器的汽車前往未來。

聚變能預計不會打破現實生活中的時空障礙,但這種能源已經吸引了科學界的大量關注和投資。

但什麼是聚變能?

什麼是聚變能?

聚變能是產生核能的兩種方法之一,另一種是核分裂,後者是目前發電廠用來發電的方法。

當兩個輕原子核融合時就會發生核融合。通常,輕核是氫的兩種同位素:氘和氚。當它們合併時,它們會產生一個氦核、一個中子和聚變能。

與核分裂不同,核融合仍在研究中,尚未成為可開發的能源。

「在聚變的情況下,我們嘗試在兩個帶正電的粒子之間發生反應,」義大利都靈理工大學教授羅伯托·扎尼諾說。

「這很困難,也是我們目前在世界各地沒有聚變反應器發電的主要原因」。

為了克服兩個粒子的排斥力,核融合需要等離子體,一種熱的、電離的、帶電的氣體,沒有等離子體,核融合是不可能的。

然而,等離子體的問題在於它是在極高的溫度下產生的,這在聚變反應器內很難實現和維持。由於其密度,等離子體也非常難以容納在特定體積內並隨著時間的推移而維持。

專家表示,儘管有這些障礙,聚變仍具有巨大的潛力。與核分裂一樣,它不會產生二氧化碳,而且與裂變相比,核融合產生的放射性廢物很少且短期。

扎尼諾告訴歐洲新聞台:“聚變反應很難意識到,你所面臨的風險並不是力量分散導致另一個切爾諾貝利或另一個福島。” 「風險在於反應會消失,因為它是自我調節的並且難以持續」。

JET項目

世界各地有 130 多個公共和私人實驗致力於開發聚變能源。

最雄心勃勃的項目位於法國南部的聖保羅杜蘭斯地區。中國、歐盟、印度、日本、韓國、俄羅斯和美國正在國際熱核融合實驗堆(ITER)上合作。實現聚變發電的項目在發電廠規模上。

該項目尚未投入運行,依賴其他實驗項目的結果,例如 JET(歐洲聯合環面),該項目建於 20 世紀 70 年代末,位於牛津附近的卡勒姆。

JET由直徑約15公尺、高12公尺的託卡馬克裝置組成。託卡馬克是用來表示發生聚變的環形結構的名稱。

「這是一個大金屬甜甜圈。當我說大時,它的體積約為 100 立方米,」英國原子能管理局運營、控制和託卡馬克系統主管費爾南達·里米尼 (Fernanda Rimini) 告訴歐洲新聞。

在託卡馬克內部,等離子體被加熱到大約 1.5 億攝氏度的溫度。磁場使等離子體遠離託卡馬克的壁,將其限制在中央真空容器中。當滿足理想條件時,核融合就會發生。

Jet 在 2023 年 12 月進行的最後一次實驗創下了聚變能的世界紀錄,因為託卡馬克裝置在 5.2 秒的等離子體放電期間釋放了 69 兆焦耳的聚變能。

然而,實現破紀錄實驗的過程充滿了障礙。

2008 年,史蒂文·考利 (Steven Cowley) 教授作為卡勒姆聚變能中心負責人兼英國原子能管理局首席執行官加入 JET 計畫時,歐洲實驗正在發生重大變化。

託卡馬克的碳壁已被金屬壁取代,這使得團隊為達到機器之前的性能水平而付出的努力變得更加複雜。

「(2012 年)我們的實驗結果很糟糕,糟糕得令人沮喪!我們無法提高溫度,也無法提高性能。

最終,JET 的多學科團隊成功地提高了託卡馬克的性能,但該計畫僅代表聚變能實施的第一步。

專家表示,JET科學地證明了聚變能是可能的,ITER將證明聚變能在發電廠規模上是可能的,然後就是演示的時候了。

執行長安布羅吉奧·法索利(Ambrogio Fasoli) 表示:「這一步驟將證明聚變不僅可以獲得,還可以出售,稱為演示反應器演示…(這是)反應器研發的最後一步。 」歐洲聯盟 EUROfusion 的成員。

但我們什麼時候才能用聚變能產生的電力為手機充電呢?

在本期歐洲新聞科技講座中尋找答案。