上周，經(jīng)過漫長的7年發(fā)展，英國牛津郡Culham的一臺名為MAST Upgrade的機(jī)器為實(shí)驗(yàn)性核聚變反應(yīng)堆成功通電，制造出了"首團(tuán)等離子體"：證實(shí)所有組件可以共同工作，將氫氣加熱至等離子體態(tài)。

在核聚變中，兩種或兩種以上輕元素的原子核融合成一個較重的原子核，并釋放能量。太陽的能量就來自中心的核聚變，如果我們能在地球上以足夠的規(guī)模重現(xiàn)并維持同樣的聚變反應(yīng)，就能收獲幾乎無限的清潔能源。

當(dāng)然，我們還未走到那一步，但MAST Upgrade的成功和首次試運(yùn)行是旅程中的重要里程碑。最初的MAST(著名的托卡馬克裝置)從1999年運(yùn)行到2013年。

"我們希望英國成為核聚變能源技術(shù)的世界領(lǐng)導(dǎo)者，并利用其作為清潔能源的驚人潛力。"英國科學(xué)部部長阿曼達(dá)·索洛維在聲明中說，"MAST Upgrade裝置通電是這個國家核聚變實(shí)驗(yàn)的一個里程碑式的時刻，使我們朝著在2040年之前建造英國第一座核聚變電站的目標(biāo)又邁進(jìn)了一步。"

核聚變反應(yīng)堆需要某種裝置來控制等離子體。托卡馬克(Tokamaks)——利用磁場遏制聚變反應(yīng)產(chǎn)生的等離子體的圓圈形裝置——是被寄予厚望的設(shè)計(jì)之一。

長期以來，托卡馬克采用的是甜甜圈形狀的配置，但像MAST Upgrade這樣的新設(shè)備是更先進(jìn)的球形設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)將在效率和性能方面帶來許多好處。

MAST Upgrade由英國原子能管理局(UKAEA)下屬的Culham聚變能源中心(CCFE)運(yùn)營?，F(xiàn)在它已開始運(yùn)作，聚變實(shí)驗(yàn)在未來幾年內(nèi)還要攻克一堆瓶頸。

其中首當(dāng)其沖的就是排熱問題。聚變反應(yīng)堆會產(chǎn)生令人難以置信的熱量，會損壞反應(yīng)堆的部件。為了解決這個問題，MAST Upgrade將試驗(yàn)一種名為"Super-X分流器"的新型排氣系統(tǒng)，旨在減少離開等離子體的粒子所產(chǎn)生的熱量和功率負(fù)荷。

如果分流器成功，與之前相比，它可以提高10倍的散熱效率，這可能足以使聚變反應(yīng)堆成為正收益供電技術(shù)。

關(guān)于核聚變反應(yīng)堆的一切都很大，MAST Upgrade——盡管是一個耗時7年的巨大項(xiàng)目，但也只是整個拼圖的一小部分。

在它之上，還有一個更大項(xiàng)目的將啟動試運(yùn)行，即能源生產(chǎn)球形托卡馬克(STEP)，這將是英國第一個原型核聚變電站，預(yù)計(jì)將于2040年完成。

與此同時，研究人員從MAST Upgrade中學(xué)到的東西也將為另一個大規(guī)模的試運(yùn)行提供參考信息：世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)，被稱為國際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆(ITER)。

ITER目前正在法國南部進(jìn)行組裝，來自30多個國家的數(shù)千名科學(xué)家參與其中。它已經(jīng)規(guī)劃了多年，比計(jì)劃晚了5年，但當(dāng)項(xiàng)目完成后(估計(jì)成本約650億美元)，ITER將是向我們展示核聚變價值的最好機(jī)會。

我們可能離這一天還有好幾年的時間，但MAST Upgrade是我們向這一目標(biāo)邁出的一大步。

"ITER是下一代核聚變裝置，"CCFE物理學(xué)家Andrew Thornton解釋道，"MAST Upgrade為我們提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以指導(dǎo)未來如何運(yùn)行該裝置。"

https://www.sciencealert.com/huge-fusion-experiment-achieves-first-plasma-in-landmark-step-towards-clean-energy