核聚变能量输出新世界纪录

只需 0.2 毫克燃料即可产生足够为 12,000 个家庭供电的能源。

叠加等离子体聚变的 JET 内部。

图片来源：英国原子能管理局

这是关于核聚变的突破和令人兴奋的公告的一周。继美国惯性核聚变取得令人兴奋的进展后，英国科学家宣布实现了核聚变有史以来的最高能量输出。

欧洲联合环面 (JET) 的一项测试能够产生持续 5 秒的高聚变能量，只需 0.21 毫克燃料即可释放 69.26 兆焦耳的能量。这相当于从 2 公斤（4.4 磅）煤炭中获得的能量。所讨论的燃料是氘和氚两种重氢的混合物，将用于未来的核聚变发电站。

尽管有记录，JET 的设计初衷并没有达到这些站点预期的能量。它是 ITER 和 DEMO 等全尺寸原型的探路者。  ITER 将于明年启动，发电量应是投入量的 10 倍。其后继者 DEMO 的发电量将是投入量的 25 倍。不过，JET 结果显示了这项技术的潜力。

“我们成功演示了 ITER 和 DEMO 等未来聚变机器的运行场景，并得到了新能源记录的验证，为聚变能源的发展注入了更大的信心。除了创造新纪录之外，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。”EUROfusion 项目经理（首席执行官）Ambrogio Fasoli 教授在一份声明中表示。   

JET 高级开发经理 Fernanda Rimini 博士补充道：“我们可以使用商业聚变能源发电厂使用的相同燃料混合物可靠地产生聚变等离子体，展示了随着时间的推移而开发的先进专业知识。”

JET、ITER 和 DEMO 是一种称为托卡马克的核聚变设计。聚变等离子体被强大的磁铁容纳在一个环形室中。聚变是为太阳和所有恒星提供动力的过程，但在地球上，我们自然不具备这些物体核心存在的压力和温度。所以我们需要发挥创意，通常这意味着将等离子体加热到超过 1 亿度。

在这样的温度下，等离子体会释放大量能量（这是目标），但可能会出现破坏限制墙的爆发。氘和氚的聚变产生氦气，这种副产品需要在不破坏排气系统的情况下丢弃。 JET 已经证明这两个挑战都是可以解决的。

“我们不仅演示了如何软化从等离子体流向排气管的强烈热量，还在 JET 中演示了如何使等离子体边缘进入稳定状态，从而防止能量爆发到达壁。这两种技术都是为了保护未来机器壁的完整性。这是我们第一次能够在氘氚环境中测试这些场景。”CEA 的 EUROfusion 托卡马克开发工作组负责人 Emmanuel Joffrin 博士补充道。

为了产生如此高的温度，需要输入大量的能量。在核聚变中，目标是达到高于 1 的 Q 因子，其中之一是你得到的能量与你输入的能量一样多。迄今为止，唯一达到这一目标的实验是美国的惯性聚变系统，它得到了Q 为 1.5。 JET 的最好成绩是 0.69，但 JET 的能量输出比惯性聚变高出 20 倍。

商业聚变发电站还需要几十年的时间，但最近的这些突破表明，实现这一目标有多种途径，只有通过进一步的实验，我们才能继续完善和改进。