迷你版“人造太阳”创世界纪录，“无限清洁能源”或不再遥远？

据《自然》杂志2022年2月9日消息，已有24年历史的人类核聚变记录已经被打破：世界上规模最大的核聚变反应堆——位于英国牛津附近的欧洲联合环状反应堆（JET）中产生了能量输出为59兆焦耳的稳定等离子体，这比1997年的实验记录（22兆焦耳）翻了一倍多，从而创造了新的世界纪录，人类获得无限清洁能源的梦想越来越真实，不再遥远。

JET所在的库勒姆聚变能源中心（CCFE）负责人伊恩·查普曼在一份声明中说：“这些具有里程碑意义的结果使我们更接近于克服其中最大的科学和工程挑战之一。”需要注意的是，该反应堆归英国原子能管理局所有，但运作由欧洲核聚变联合体负责。据悉，核聚变发电又称为“人造太阳”，旨在模仿太阳发生的核聚变，是氢的两个同位素氘和氚融合成一个氦原子，这一过程会释放大量能量。如果我们能模仿太阳发生的核聚变过程，就有望获得几乎无限的清洁能源。

但这并不容易，到目前为止，还没有一项实验产生的能量超过了输入的能量，此次JET的实验结果也没有改变这一点，但这一结果表明：使用相同技术和燃料混合的后续聚变反应堆项目——计划于2025年开始聚变实验，预计将耗资220亿美元的国际大规模聚变实验（ITER）——最终应该能够实现这一目标。对此，荷兰埃因霍温技术大学的融合物理学家约瑟芬·普吕尔认为：“JET真的达到了预期的效果，这是一个非常非常好的迹象。”

剑桥麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）的等离子体物理学家安妮·怀特说：“这些实验是持续近20年工作的结果，对于帮助科学家预测ITER将如何运行以及指导其运行环境非常重要。” JET和ITER利用磁场将氢同位素的过热气体等离子体限制在托卡马克装置中，在高温和高压下，氢同位素融合成氦，以中子的形式释放能量。据悉，为了打破二十多年前的记录，JET此次使用了氚燃料混合物，这与正在法国南部建造的国际热核聚变实验堆的动力相同。氚是一种稀有的放射性氢同位素，当与氘融合时，产生的中子比单独的氘反应多得多，这就是能量输出增加的原因。

此次打破记录的实验发生在2021年12月21日，JET的托卡马克装置在五秒的“脉冲”下产生了59兆焦耳的能量，大约是1997年四秒“脉冲”下释放的21.7兆焦耳的两倍多。尽管1997年的实验仍然保持着“峰值功率”的记录，但它的平均功率还不到今天的一半。据悉，这项改进花了科学家们20年的时间，以进行实验优化、硬件升级以及更换托卡马克装置内壁以减少燃料浪费。科学家们认为，虽然此次实验仅仅5秒钟，但真是人类历史上的一件大事，令人印象深刻。

这里有一个重要的指标，Q值，即能量输出与输入的比值，该值越高，则表明同样能量输入情况下可以产生更高的能量输出。JET的最新实验Q值仅为0.33，持续了五秒钟。这是由于JET的体积只有ITER的十分之一，是ITER的缩小版——与游泳池相比，它是一个浴缸，因此会更容易散热，所以科学家从来没有想过该实验的Q值会达到1。但是，如果科学家将同样的条件和物理方法应用于ITER，Q值可能达到惊人的10，即产生的能量是输入能量的10倍。不过，科学家们似乎还远没有得到所有答案，例如，如何处理ITER反应堆排气区域产生的热量就是一个非常大的挑战。

总之，此次欧洲联合环状反应堆（JET）打破新的世界纪录意义深远，这充分表明人类获得无限清洁能源的梦想并不虚无，而是越来越真实，大家对此有什么期待呢？欢迎留言。#科技头条# #人造太阳# #清洁能源#

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