核聚变发电重大突破:英国成功加热到1亿摄氏度

据最新一期《核聚变》杂志刊发的论文，英国牛津郡米尔顿的托卡马克能源公司利用ST40“球形托克马克”核聚变装置将反应堆加热到了1亿摄氏度。这是氢原子可以开始融合成氦的阈值，在这个过程中释放出可持续的能源。

据报道，托卡马克能源公司正在研究一个能够在2030年代连接到国家电网的聚变反应堆，研究团队利用“苹果核”形的核聚变装置ST40“球形托克马克”将反应堆加热到了1亿摄氏度。

ST40“球形托克马克”的外观和内部。

这项重大突破还没有达到中国科学家在2021年创造的1.2亿摄氏度的纪录，但是与美国普林斯顿等离子体物理实验室的同事合作的牛津郡专家们表示，托卡马克能源公司的反应堆更小，运行时的等离子体加热功率更小，这可能为第一个聚变电站铺平道路。

专家们表示，与商业磁约束核聚变有关的离子温度可以在一个紧凑、高场的球形托卡马克中实现。这样的温度以前在任何球形托卡马克中都没有达到过，只有在具有更多等离子体加热能力的更大装置中获得过。

“球形托卡马克”核聚变反应堆发电原理示意图。

据悉，ST40于2017年4月首次点火，是一个“球形托卡马克”，因此与其他“圆环形”反应堆相比，ST40是一个更加扁平和紧凑的反应堆——直径不到3英尺（0.9144米），高度达到约13英尺(3.9624米)。

在ST40中，氢气被加热成为等离子体，等离子体被磁场困住并加压，直到有能量的等离子体粒子开始碰撞。

当这些粒子融合成氦时，它们释放出巨大的能量，模仿在恒星中心自然发生的过程。

核聚变将原子核合并以创造大量的能量。与裂变不同的是，核聚变发生事故或偷窃原子材料的风险较小。

托卡马克能源公司称，为了生产商业能源，未来的核聚变发电厂将需要达到1亿摄氏度的温度。

尽管太阳核心燃烧的温度大约为1500万摄氏度，但反应堆的温度必须要高得多，因为太阳的粒子密度要高得多。

据报道，ST40实现此次重大突破的成本据说低于5000万英镑（6600万美元），而其他反应堆的成本是这个数字的许多倍。

例如，正在法国建造的国际热核实验反应堆（ITER）的成本估计为225亿美元（159亿英镑）。

英国研究人员表示，他们的工作正在“推进物理学基础”，以“潜在的低成本”使用ST40托卡马克进行商业核聚变。

它可以为英国第一个商业上可行的核聚变电站铺平道路，该电站被称为“球形托卡马克能源生产”（STEP）。

在英国政府的资助下，STEP将位于诺丁汉郡现有的西伯顿发电站。