从 2020 年 12 月开始,位于英国的欧洲联合环状反应炉(JET)展开一系列的混合燃料测试计划,开始用氘(Deuterium,2H,音同刀)与氚(Tritium,3H,音同穿)两种氢的同位素进行混合燃料测试,而这也是国际核融合反应炉(ITER)将会采用的燃料。
其中 ITER 是 JET 的进阶版,就算 JET 与 ITER 相同,都是外观很像甜甜圈的托卡马克核融合系统,但 JET 的规模只有 220 亿美元的 ITER 的十分之一,ITER 在去年 7 月开始组装,计划在 2025 年前开始进行低功率氢电浆测试,2035 年起测试氘氚 50:50 混合燃料。
为了要在地球上复制太阳能量、实现众人梦寐以求的科幻能源,核融合反应炉必须要加热并限制氘和氚电浆,让两个带正电的离子在摄氏 1 亿 5 千万度以上的高温高压中相互碰撞并结合,不间断地产生高能量的氦原子核与中子。
不过 JET 的目标还没有那么远大,希望维持至少 5 秒钟的核融合反应就好,此次研究只是在收集氘-氚核融合所需的任何资料与细节,准备为 ITER 这类更大的核融合系统找到合适的燃料组合。
不过光是验证与测试就够难了,物以稀为贵,大部分的氚从锂金属提炼,氚也是种放射性物质(好在半衰期只有 12 年),重氢衰减速度快,核融合产生的高能中子撞击反应炉材料时也会带有一定的辐射废弃物,氘氚融合产生的中子撞击力道也比氘反应来得强烈与快速。
过去研究人员已将花了两年时间重新组装进行防护设施,保护核融合设备不受辐射影响并减少撞击损伤,为来更考量到安全,至少会有 18 个月不能踏入空腔内。JET 科学计划共同负责人 Joelle Mailloux 表示,现在终于可以实践多年来的研究成果,我们已经准备好了,现阶段要做的事情便是验证过去所理解物理知识,之后就能更进一步来应用在 ITER。
有鉴于研究前期付出多倍精神与努力、成本又高昂,面对这些挑战 JET 也希望可以一击即中。就目前而言,核融合虽然是科学家们朝思暮想的稳定低碳、低辐射新兴能源技术,但仍难以捉摸,且需要付出庞大金钱与研究,从半世纪前发现至今,商业化的核融合设备都未实现,不过一旦成功,便是全新的能源供应时代。
- Fuel for world’s largest fusion reactor ITER is set for test run
- Scientists Now Testing Fuel for Giant New Fusion Reactor
(首图来源:英国原子能管理局卡勒姆核融合中心 CCFE )