无限清洁能源又近一步 英国核聚变能量输出创造新纪录

无限清洁能源又近一步 英国核聚变能量输出创造新纪录 JET的温度可以达到太阳中心温度的10倍，多年来已经实现多个里程碑，曾长期保持着全球最大托卡马克研究装置的头衔，实现了世界上首次可控释放聚变能量。周四英国原子能机构的科学家们宣布，JET在上次实验中创造了聚变能量输出纪录：使用0.2毫克氘氚燃料，在5秒内产生了69兆焦能量。这也是JET的最后一次实验，不过，JET还将会被重新利用，从而在退役之后继续为人类提供帮助，这一阶段预计将持续到2040年左右。欧洲核聚变研发创新联盟首席执行官Ambrogio Fasoli评论称，我们成功地演示了ITER和DEMO等未来聚变机器的运行场景，并创造了核聚变能量输出纪录，为聚变能源的发展注入了更大的信心。除了创造新纪录外，我们还实现了以前从未做过的事情，并加深了我们对聚变物理学的理解。核聚变与为太阳和其他恒星提供能量的过程相同，被广泛视为清洁能源的圣杯。几十年来，科学家们一直在努力攻克这一难题，如果他们做到了，人类将拥有无限的能量，社会也将迎来翻天覆地的变化。虽然核聚变能源可能会改变能源短缺和气候危机的局面，但这项技术可能还需要很多年才能商业化。曼彻斯特大学的核聚变研究员Aneeqa Khan表示，JET取得了伟大的科学成果，但我们离商业核聚变还有一段路要走。“对核聚变的投资正在增加，我们正在取得真正的进展。我们需要培训大量具备该领域工作技能的人员，我希望这项技术能在本世纪下半叶得到应用。”伦敦帝国理工学院空间、等离子体和气候研究社区负责人Stuart Mangles教授表示：“JET最后一次运行的结果非常令人兴奋。这一结果确实凸显了国际合作的力量，如果没有来自欧洲各地的数百名科学家和工程师的努力，这些结果是不可能实现的。” ... PC版： 手机版：

中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术

中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术 中核集团宣布新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现 100 万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。 可控核聚变是目前认识到的能够最终解决人类能源问题的重要途径之一，具有原料充足、经济性能优异、安全可靠、无环境污染等优势，主要的方式有 3 种：引力约束、惯性约束和磁约束。 2022 年 12 月 5 日，美国劳伦斯利佛摩国家实验室（LLNL）首次实现能量净收益的可控核聚变。该实验通过 192 道激光聚焦目标提供 2.05 兆焦耳的能量，从而超过聚变阈值，产生 3.15 兆焦耳的聚变能量输出。 频道：@kejiqu 群组：@kejiquchat 投稿：@kejiqubot

国际热核聚变实验堆计划巨型环磁交付完成 明年启动实验

国际热核聚变实验堆计划巨型环磁交付完成 明年启动实验 ITER是一个由35个国家合作建造的托卡马克项目，旨在测试核聚变作为能源的可行性。托卡马克是一个甜甜圈形状的容器，内部会产生巨大的螺旋型磁场，通过聚变反应燃烧等离子体来产生能量。核聚变是指两个或两个以上轻原子的原子核结合形成一个新的原子核的反应，在这个过程中释放出大量能量。这与核裂变不同，后者通过分裂重原子核释放能量并产生放射性废物。核聚变自然发生在恒星内部，为恒星提供能量，但在地球上却无法自然发生。然而，物理学家和工程师可以在实验室中使用托卡马克装置或激光实现核聚变。虽然听起来很简单，但真正的难点在于如何实现核聚变反应，使其产生的能量超过引发反应所需的能量，理论上这将能够提供无限的能源。托卡马克通过磁铁来控制和约束等离子体。ITER的环形磁场线圈将被冷却到零下269摄氏度，使其成为超导体。这些17米高的线圈将围绕在装有等离子体的甜甜圈形状真空容器周围，使ITER科学家能够控制真空容器内的聚变反应。ITER实验堆将比其他任何托卡马克装置都要大，其中央螺线管磁铁由6个110吨重的磁铁模块组成。整个托卡马克装置的重量将达到惊人的23000吨，磁体产生的磁场将比地球磁场强30万倍。等离子体将被加热到1.5亿摄氏度，是太阳核心温度的10倍。根据上个月在第34届ITER理事会上提出的新基准，ITER预计将于明年启动首次等离子体实验，第一次聚变反应计划在2035年进行。更新后的具体时间表将在本周三的新闻发布会上公布。ITER项目由前苏联领导人戈尔巴乔夫和美国前总统里根于1985年首次提出，但项目直到2005年才最终确定。近20年后，托卡马克装置仍未投入实验。据报道，ITER的成本自启动以来已经增长了四倍，最近估计项目耗资超过220亿美元。技术缺陷和新冠疫情都导致了项目的延迟。人们老生常谈的是，核聚变能成为能源永远是50年之后的事情。它似乎总是超越了当前的技术，人们总是被告知“这次会不一样”。ITER项目的目的是验证核聚变能源的技术可行性，但重点并不在于经济可行性。对于人类来说，经济可行性是另一个棘手问题。核聚变发电不仅要成为一种技术上可行的能源，还要成为能并入电网的能源。核聚变被视为能源物理学的圣杯，是结束人类对化石燃料依赖的一种方式。但它不会很快到来，不足以解决当前日益恶化的气候危机。换句话说，即使ITER项目在工程方面取得了重大突破，也只是解决了问题的一部分。正如美国国家点火装置在2022年在技术上实现反应产生的能量大于促使反应发生的能量那样，人类离实现聚变能源越来越近了，但还有很长的路要走。（辰辰） ... PC版： 手机版：

新型钨反应堆让核聚变更接近现实

新型钨反应堆让核聚变更接近现实 对于那些不熟悉托卡马克的人来说，它本质上是一个甜甜圈形状的装置，利用强大的磁场来容纳和控制等离子体一种极热、带电的气态混合物，对于复制恒星中的聚变反应至关重要。由法国替代能源和原子能委员会（CEA）运营的 WEST（稳态托卡马克中的钨环境）反应堆处于这项研究的最前沿。这一突破取决于钨的使用，钨是灯泡灯丝中常见的灰白色金属。这种金属以其卓越的耐热性能而著称，能使等离子体达到难以置信的高温和高密度，而不会导致腔壁熔化。在创纪录的运行过程中，研究小组向 WEST 注入了 1.15 千兆焦耳的能量，使等离子体在大约 5000 万摄氏度的高温下持续燃烧，其温度是太阳核心温度的三倍多。普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）提供了专门的 X 射线诊断工具，用于精确测量 WEST 内的强等离子体条件，在这一成就中发挥了至关重要的作用。据普林斯顿等离子体物理实验室的路易斯-德尔加多-阿帕里西奥（Luis Delgado-Aparicio）说："等离子体聚变界是最早利用混合光子计数技术监测等离子体动态的机构之一。"法国原子能委员会科学家泽维尔-利塔乌东（Xavier Litaudon）解释了为什么钨托卡马克的这一成就是如此重大的突破。"我们需要提供一种新的能源，而且这种能源应该是持续和永久的"。核聚变可以成为改变游戏规则的能源一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源，没有任何放射性废物或碳排放。然而，要实现自持聚变反应，使其产生的能量大于消耗的能量，是一项巨大的挑战。从超高温等离子体中提取比启动和维持核聚变过程所需更多的能量，需要极高的温度和极长的约束时间。这就是为什么最近在 WEST 取得的突破如此令人期待。正如协调该实验的雷米-杜蒙（Remi Dumont）简明扼要地指出的那样"一个惊人的结果"。虽然人类的核聚变能源梦想还需要数年或数十年的时间才能实现，但像这样的里程碑式事件表明，我们正在一步步地接近它。主要的参与者也在加倍努力实现核聚变的承诺。微软公司与 Helion 公司合作，计划在 2028 年之前开发出商业核聚变技术，而日本则在去年推出了大型 JT-60SA 托卡马克反应堆一个六层楼高的庞然大物，旨在破解核聚变约束难题。与此同时，扩大这种新型钨反应堆的规模，可以使人们期待已久的核聚变未来更加清晰。 ... PC版： 手机版：

ITER宣布实验继续延期世界最大核聚变装置运行还要等

ITER宣布实验继续延期世界最大核聚变装置运行还要等 ITER是一个巨大甜甜圈形状的磁聚变装置，也被称为托卡马克。托卡马克利用磁场来控制超高温等离子体，从而诱导出核聚变。核聚变是两个或两个以上的轻原子核结合形成一个新原子核的反应，在这个过程中能释放出巨大能量。科学家认为核聚变是一种潜在可行的无碳能源，但成为现实还需要克服许多工程和经济方面的挑战。ITER项目之前的基线（时间框架和里程碑）是在2016年制定的。2020年，突如其来的全球疫情中断了ITER的大部分工作，导致项目进一步推迟。据《科学美国人》报道，ITER项目的成本是最初估计的四倍，最近数据显示项目开支超过220亿美元。在周三早些时候的新闻发布会上，ITER项目总干事彼得罗·巴拉巴斯基(Pietro Barabaschi)解释了项目推迟的原因和更新的项目基线。巴拉巴斯基说：“自2020年10月以来，我们已经向公众和利益相关者明确表示，2025年实现首次等离子体实验不再可能。”“新的基线已经重新设计，优先考虑如何启动研究操作。”巴拉巴斯基表示，新基线将降低操作风险，并为使用氘-氚的聚变反应设备做好准备。他说，与其在2025年进行“短暂、低能量的机器测试”，还不如将更多时间用于调试实验设备，并增加更多的外部加热能力。全磁能运行被推迟了三年时间，从2033年推迟到2036年。氘-氘聚变操作仍将按原计划在2035年前后进行，而氘-氚聚变操作将推迟四年，从2035年推迟到2039年。ITER由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国等成员国出资建设。目前项目进展缓慢，成本也比最初预计的要高。本周早些时候，ITER组织宣布，托卡马克中用于约束等离子体的巨型磁铁环形磁场线圈已全部交付，这是项目启动20年来的一个重要时刻。这些17米高的巨型线圈将被冷却到零下269摄氏度，围绕在装有等离子体的容器周围，使ITER科学家能够控制内部的聚变反应。ITER基础设施的规模和投资金额一样庞大。目前现存最大的冷质量磁体是欧洲核子研究中心阿特拉斯实验的一个370吨部件，但ITER新交付的全部磁体冷质量为6000吨。ITER的预期目标是展示实现工业规模核聚变所需的集成系统，达到所谓Q≥10（核聚变装置输出能量与输入能量的比例）的科学基准，即为机器内的等离子体提供50兆瓦的加热功率，机器能输出500兆瓦的聚变功率；此外，设备稳态运行过程中能实现Q≥5。这些目标都不容易实现，但实验室环境中科学家用托卡马克和激光进行的核聚变实验，正在帮助人们逐步接近产生能量比反应本身所需能量更多的聚变反应。但核聚变在科学层面的可行性与满足全球能源需求的实际应用还存在巨大差异。人们老生常谈的是，核聚变能成为能源永远是50年之后的事情。它永远超越了当下技术，人们总是被告知“这次会不一样”。ITER项目的目的是验证核聚变能源的技术可行性，但重点并不在于经济可行性。对于人类来说，经济可行性是另一个棘手问题，核聚变发电不仅要成为一种技术上可行的能源，还要成为能并入电网的能源。巴拉巴斯基还提到，ITER托卡马克存放等离子体的容器内壁材料现在将从铍改成钨，“因为很明显，钨与未来的演示机器以及最终的商业聚变装置更相关。”事实上，早在今年5月份，法国超导托卡马克装置WEST就使用钨作为内壁材料，使等离子体维持了比太阳核心温度高3倍的时间长达6分钟。韩国的KSTAR托卡马克也用钨制成的材料取代了碳。正如此前报道的那样，核聚变是一个值得研发的领域，但让人类摆脱化石燃料、作为主要能源不应该依赖它。科学在进步，但核聚变永远是一场超长距离马拉松，而不是短跑。 ... PC版： 手机版：

核聚变实验已经克服了两个关键障碍 达到“最佳点”

核聚变实验已经克服了两个关键障碍 达到“最佳点”  DIII-D托卡马克反应堆内部。图片来源：Rswilcox (CC BY-SA 4.0)目前，人们正在探索的实现核聚变发电的主要途径之一是使用托卡马克反应堆。这是一种“甜甜圈”形状的真空装置，外面环绕着磁线圈。它借助强大的磁场，将等离子体加热到数亿摄氏度的极高温度，甚至比太阳还热，以达到核聚变的目的。人们一直认为存在一个临界点，即格林沃尔德极限。如果试图提高燃料密度，超过这个临界点时，等离子体就会脱离磁场的约束，四散逃逸，从而可能损坏反应堆。而提高密度对提高产量至关重要，因为实验表明，托卡马克反应堆的产量与燃料密度的平方成正比。现在，美国通用原子能公司的Siye Ding和同事证明，有一种方法可以提高等离子体密度，且能够实现高约束稳态运行。利用这种方法，他们成功使DIII-D国家聚变设施托卡马克反应堆在平均密度比格林沃尔德极限高出20%的情况下，运行了2.2秒。虽然之前已经打破了这一“关卡”，但稳定性较差、持续时间较短，而且这次的关键指标是，能量约束增强因子H98(y,2)>1。英国贝尔法斯特女王大学的Gianluca Sarri解释说，H98(y,2)显示了磁场对等离子体的约束程度，数值为1或以上意味着等离子体被成功固定在适当的位置。“如果现在开始表现出某种稳态运行，就可以一直处于最佳状态。”Sarri说，“这次实验是在一台小型设备上完成的，如果把结果推广到更大的设备上，就可以在很长一段时间内提高功率、实现增益。”这次DIII-D实验依赖于多方法融合，这些方法本身并不新鲜，但融合起来似乎很有前景。DIII-D等离子体室的外半径只有1.6米，目前还不知道同样的方法是否适用于国际热核聚变实验反应堆（ITER）。这是法国正在建设的下一代托卡马克，半径将达到6.2米。“这次实验对未来的核聚变发电来说是个好兆头。”Ding说，“许多反应堆设计要求同时具有高约束和高密度。从实验上讲，这是第一次实现这一点。”Ding表示：“下一步耗资巨大，目前研究正在朝着许多不同的方向发展，我希望这篇论文有助于集中全球的努力。”相关论文信息： ... PC版： 手机版：