英国的一个实验性聚变反应堆已成功通电

经过长达七年的漫长发展，英国的一个实验性聚变反应堆已成功通电，并实现了“首次等离子体”：确认其所有组件都能协同工作，将氢气加热到物质的等离子相。

上周，由牛津郡库勒姆市的一台名为MAST Upgrade的机器实现了这一过渡，这是一个正在运转的核聚变反应堆的基本组成部分，科学家数十年来一直梦想着实现这一梦想。

在核聚变中，两个或更多个较轻元素的核融合成一个较重的核，并释放能量。这种现象发生在太阳的中心，如果我们能够在足够的规模上在地球上重建并维持相同的反应，我们将获得清洁、几乎无限的低碳能源的回报。

尽管这种规模的核聚变尚不存在，但是MAST Upgrade的成功完成和首次测试是旅程中的重要里程碑。最初的MAST（巨型安培球形托卡马克）工厂运行于1999年至2013年，其后继产品一直投入生产，因此这是概念的重要证明。

英国科学大臣阿曼达·索洛韦（Amanda Solloway）在一份声明中说：“我们希望英国成为核聚变能源的世界领导者，并利用其作为清洁能源的惊人潜力，这种能源可以持续数百年。”

“启动MAST升级设备是此次国家核聚变实验的一个标志性时刻，使我们朝着我们到2040年建成英国第一座核聚变电站的目标又迈进了一步。”

聚变反应堆需要某种装置来利用等离子体中发生的反应。托卡马克——使用磁场包含聚变反应产生的等离子体的圆形设备——是此类设备的主要设计之一。

长期以来，托卡马克采用了圆环形配置，但较新的设备（例如MAST Upgrade）是更先进的球形托卡马克设计的示例，有望在效率和性能方面带来许多好处。

由英国原子能管理局（UKAEA）组成的库勒姆聚变能中心（CCFE）运营的MAST Upgrade也将需要所有这些有利条件。既然核聚变实验已经开始运作，那么它在接下来的几年中将面临一些巨大的挑战。

其中最重要的是排热。聚变反应堆产生难以置信的热量，可能损坏反应堆的组件。为了解决这个问题，MAST Upgrade将使用一种称为“ Super-X divertor”的新型排气系统，该系统旨在减少离开等离子体的颗粒产生的热量和功率负荷。

如果该分流器成功，它可以比以前减少10倍的热量，这可能足以使聚变反应堆成为未来电厂中的一种经济高效的技术。

尽管MAST Upgrade是一个耗时七年的大型项目，但它只是整个项目的一小部分。该设备实际上是为更大的项目——能源生产用球形托卡马克（STEP）——进行的试运行，该项目将成为英国首座原型聚变电站，预计于2040年完成。

同时，研究人员可以从MAST Upgrade中学到的知识，也将为另一项巨大的尝试提供信息：世界上最大的核聚变实验，称为国际热核实验反应堆（ITER）。

ITER目前正在法国南部组装，来自30多个国家的数千名科学家参与。它经过多年的规划，比计划落后大约五年，但当项目完成（估计成本在650亿美元左右）时，ITER将是我们展示核聚变产生的能量可以由人类利用的最佳机会。

我们距发现可能还有数年之遥，但MAST Upgrade是迈向成功的一大步。“ ITER是下一代核聚变设备。”CCFE物理学家安德鲁·桑顿（Andrew Thornton）解释说，“ MAST Upgrade将通过提供我们在此所做的实验数据来支持它，以指导将来如何运行该计算机。”