先锋核聚变反应堆关闭

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位于英国牛津附近全球最早的核聚变反应堆——欧洲联合环状反应堆（JET）日前在运行40年后退役了。在JET未来长达17年的拆除过程中，研究人员将获得前所未有的细节，并利用这些知识确保今后的核聚变发电厂是安全和经济上可行的。

“我们开始认真考虑聚变发电厂的整个生命周期。”英国原子能管理局（UKAEA）相关负责人Rob Buckingham说，该机构负责监督JET。

核聚变利用两个轻原子核结合成一个较重的原子核并释放出巨大能量，该过程可以为人类提供近乎无限的清洁能源。在发电厂中为核聚变创造条件并利用由此产生的能量需要复杂的工程，而这些工程在安全和经济可行上尚未得到证实，这意味着实现商业核聚变发电还需要几十年时间。

JET之所以重要，是因为该设施是ITER的试验台。ITER是一座耗资220亿美元的聚变反应堆，建于法国，旨在证明在本世纪30年代将聚变作为一种能源的可行性。JET为ITER的建造材料和燃料的选择提供了信息，并且对于预测更大规模的实验将如何进行至关重要。

正在法国南部建造的核聚变装置ITER。图片来源：Shutterstock

JET的拆除退役最棘手的部分是处理其放射性成分。与核裂变不同，核聚变过程不会留下数千年的放射性废物。但JET是世界上为数不多的使用大量氚的实验之一。氚是氢的一种放射性同位素，被用作核聚变装置的燃料，其半衰期为12.3年，核聚变过程中释放的高能粒子可能会使该成分具有数十年的放射性。

美国麻省理工学院的等离子体物理学家Anne White说，停止核聚变实验并不意味着“把视线范围内的一切都推成瓦砾，并且在很长一段时间内不让任何人靠近实验地点”。相反，工程师的首要任务是重新使用和回收零件，这将包括在可能的情况下去除氚，并允许氚被重新用作燃料，“这种稀缺资源的可持续循环利用具有经济意义”。

最终，物理学家将利用从JET退役中获得的知识，改进他们如何将回收利用纳入英国正在计划的商业反应堆原型——球形托卡马克的设计中。这些信息也将影响未来的监管。

JET和ITER都是“托卡马克”反应堆，它们将气体限制在环形腔中。JET使用磁铁挤压氢同位素等离子体，其温度是太阳的10倍，直到原子核聚变。国际上第一次停用类似核聚变装置是在1997年，当时美国普林斯顿等离子体物理实验室的托卡马克聚变试验反应堆关闭。许多部件，如向反应堆注入热气体束的设备，都被重新使用。

JET的科学家希望总体上减少浪费，但他们面临的主要挑战就是了解氚的位置，并将其去除，包括从托卡马克内部的金属瓦中去除。JET的工程师将使用翻新的机器人系统移除样品瓦片并进行分析，然后使用远程操作的激光器来测量实验样品中有多少氚。White说，和氢一样，氚是一种“能穿透所有物质的气体，我们需要确切地知道氚能穿透多深”。

JET今年的研究将回收和分析60块墙砖，这是4000多个组件中的一部分。“我们可以利用这些信息从实验室规模的研究转向工业规模的工艺研究，未来几年还将从JET中移除的许多吨瓷砖和组件进行碎屑处理。”White说。

为了从金属中提取氚，工程师将在熔炉中加热组件，然后在水中捕获释放的同位素。氚可以从水中去除并重新转化为燃料；剩下的材料成为低水平废物，与大学和医院产生的放射性废物分类相同。