自然新聞文章 新聞?消息 2024年1月22日 先驅核聚變反應堆關閉:科學家將學到什么 英國牛津附近的聯合歐洲環(huán)——ITER的試驗臺——的退役將持續(xù)到2040年，并進行詳細研究。 伊麗莎白·吉布尼帶有遠程處理抓手的噴射真空容器內部視圖。 歐洲聯合圓環(huán)內部空腔內襯的金屬瓦受到氚輻射，氚是氫的放射性同位素。致謝:CEA-IRFM/EUROfusion/ZUMA新聞網/Shutterstock 在世界上最重要的核聚變反應堆之一開始運行40年后，科學家們開始將其退役。研究人員將以前所未有的詳細程度研究英國牛津附近拆除聯合歐洲環(huán)形電站（JET）的17年過程，并利用這些知識確保未來的聚變發(fā)電廠是安全和經濟可行的。 監(jiān)管JET的英國原子能管理局（UKAEA）退役事務負責人羅布·白金漢表示:“我們開始認真考慮核聚變發(fā)電廠的問題?！薄斑@意味著要考慮整個植物生命周期。“ 利用原子聚變——為太陽提供能量的過程——可以為人類提供近乎無限的清潔能源。為發(fā)電廠的核聚變創(chuàng)造條件并開發(fā)由此產生的能源將需要復雜的工程，這還沒有得到證實，這意味著商業(yè)化的核聚變發(fā)電仍需幾十年的時間。 但是，隨著人們對核聚變越來越興奮，研究人員正在推進第一批商用反應堆的設計。2022年，JET打破了核聚變產生的能量記錄。位于加利福尼亞州利弗莫爾的美國國家點火裝置（NIF）——美國的旗艦核聚變裝置——現在通常從核聚變反應中產生的能量超過投入的能量。NIF的計算不包括運行該設施的全部能源需求，聚變工廠需要超過這些需求才能真正“收支平衡”，但物理學家們慶祝了這些里程碑。 燃料殘余物 JET之所以重要，是因為該設施是ITER的一個試驗臺，這是一個耗資220億美元的聚變反應堆，正在法國圣保羅-勒茲-杜蘭斯附近建造，旨在證明核聚變作為21世紀30年代能源的可行性。Jet已經決定用什么材料建造ITER以及使用什么燃料，它對預測更大的實驗將如何進行至關重要。 退役飛機場地最棘手的部分將是處理其放射性成分。與驅動當今核反應堆的核裂變不同，核聚變過程不會在數千年內留下放射性廢物。但是JET是世界范圍內使用大量氚（氫的放射性同位素）的極少數實驗之一。氚將在包括ITER在內的未來聚變工廠中用作燃料，它的半衰期為12.3年，其輻射以及聚變過程中釋放的高能粒子可使部件在幾十年內具有放射性。 劍橋麻省理工學院的等離子體物理學家安妮·懷特說，停止核聚變實驗并不一定意味著“把視線范圍內的一切都夷為平地，并且長時間不讓任何人靠近該場所”。相反，工程師的首要任務將是重復使用和回收零件。白金漢說，這將包括盡可能去除氚。這降低了放射性，并允許氚作為燃料重新使用。“這種稀缺資源的可持續(xù)回收利用具有經濟意義，”他說。位于法國南部圣保羅-勒茲-杜蘭斯的ITER托卡馬克建筑工地上的托卡馬克坑。 世界上最大的核聚變實驗——ITER的托卡馬克坑正在法國南部建造。供稿:新華網/Shutterstock 最終，物理學家將利用從JET退役中獲得的知識來改進他們如何將回收利用嵌入球形托卡馬克能源生產（STEP）的設計中，這是英國正在計劃的一個商業(yè)反應堆原型。他說，這些信息還將影響未來的監(jiān)管。放射性甜甜圈 杰特和ITER都是“托卡馬克”反應堆，將氣體限制在甜甜圈狀的空腔中。JET使用磁鐵擠壓比太陽熱十倍的氫同位素等離子體，直到原子核融合。核聚變界上一次停用類似設備是在1997年，當時位于新澤西州普林斯頓等離子體物理實驗室的托卡馬克聚變試驗反應堆關閉。許多部分，如向反應堆注入熱氣體束的設備，以及場地本身都被重新利用。但是托卡馬克必須用混凝土填充、切割和掩埋。 噴氣科學家希望留下很少的廢物。白金漢說，主要的挑戰(zhàn)是了解氚在哪里，并從材料中去除氚，包括從托卡馬克內部的金屬瓦上去除氚。JET工程師將使用新翻新的機器人系統(tǒng)移除樣品瓷磚進行分析。他們將使用遙控激光來測量留在實驗中的樣品中氚的含量。白金漢說，像氫一樣，氚是一種“穿透所有材料的氣體，我們需要知道氚到底穿透了多深”。 JET今年的研究將恢復和分析60塊墻磚——4000多個部件中的第一塊。“我們可以利用這些信息從實驗室規(guī)模的研究轉向工業(yè)規(guī)模的過程，以消除未來幾年將從JET中清除的數噸瓷磚和組件，”他說。 破壞性國家 為了從金屬中提取氚，工程師將在爐中加熱組件，然后在水中捕獲釋放的同位素。氚可以從水中去除并轉化為燃料；剩余材料成為低級別廢物，與大學和醫(yī)院產生的放射性廢物的分類相同。包括樹脂和塑料在內的其他材料正在測試這一工藝的變體。 JET的研究人員正在探索如何處理低放射性廢物以及更少量的中等放射性廢物——在這些廢物中，核衰變發(fā)生得更頻繁。這些遺骸的選擇包括重新處理廢物，將其轉移到特殊的處理場所或儲存起來，直到其衰變到較低的放射性水平。JET的一些未受影響的部分，如診斷和測試設備，已經在法國、意大利和加拿大的聚變實驗中重新使用。 在去年12月的最后實驗中，JET大獲成功。科學家們探索了以一種可能更容易限制熱量的方式逆轉等離子體的形狀。他們還通過發(fā)射高能“失控”電子束（等離子體破裂時產生）猛撞反應堆內壁來故意損壞設施。 “打開機器后，對損壞的分析將提供有用的數據來測試詳細的預測，”JET科學項目負責人Joelle Mailloux說。 https:///10.1038/d41586-024-00135-3