59兆焦耳！核聚变能输出新纪录

2022年2月9日，欧洲联合核聚变实验装置（JET）的研究人员宣布，他们打破了生产可控聚变能量的纪录。

据《科学》报道，JET曾在1997年产生约22 MJ聚变能量，创造了当时的世界能源纪录。此次JET在持续5 s的核聚变实验中产生总共59 MJ的能量，大约是满载半挂车以160 km/h行驶的动能的两倍，大幅刷新其此前创造的纪录。

然而，JET刷新纪录并不意味着聚变发电将很快进入电网，因为研究人员必须向反应气体中输入大约3倍于反应产生的能量。但这一结果让他们对国际热核聚变实验堆（ITER）的设计更有信心。ITER是一个正在法国建设的巨型聚变反应堆，预计其输出能量至少是输入能量的10倍。

长期以来，核聚变一直被视为一种未来绿色能源。但事实证明，生产净能很难。比如，美国国家点火装置通过192束汇聚的激光束加热和粉碎微小燃料颗粒来触发核聚变。

但JET和ITER代表了一种不同的方法，一种更适合于可持续能源生产的方法。它们都是托卡马克装置—— 一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形装置。

ITER是一个20 m宽的巨大托卡马克装置，容纳的等离子体是JET的10倍。模型预测，更大的等离子体体积会使热量更难逃逸，从而使聚变条件维持更长时间。由中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国出资250亿美元建设的ITER预计2025年开始运作，要到2035年才能产生大量能量，届时它将通过燃烧同位素氘和氚（D-T）产生能量。

JET的早期运行给ITER的设计者们上了重要一课。JET的等离子体操作专家Fernanda Rimini介绍，JET用碳做衬里，因为碳不易熔化。但事实证明，它“像海绵一样吸收燃料”，因此，ITER设计者用铍和钨这两种金属代替。

然而，没有人知道效果如何。这时JET成为了一个很好的测试平台。从2006年开始，工程师们对其磁铁、等离子加热系统和内壁进行了升级，使其尽可能接近ITER。当它在2011年重新启动时，效果并不理想。

JET团队煞费苦心地搞清楚了效果差的原因。他们发现高能等离子体将钨离子从内壁击落，使它们辐射能量并使等离子体释放热量。经过研究，团队制定了一套应对策略，通过在容器壁附近注入一层薄薄的气体，如氮气、氖气或氩气，冷却等离子体的最外层边缘，阻止离子撞击钨。

2021年9月，JET研究人员开始研究测试重新设计改造后的装置能做什么。他们将燃料转换为D-T。要想在真实的发电条件下进行装置测试，首先，他们必须恢复反应堆的氚处理设施。当时该设施已经停用了20年。这些设施会从废气中提取未燃烧的氚和氘离子，并将其回收。

此次JET取得的成功为ITER铺平了道路，表明其设计者在金属选择中的替换应该会有效果。但用D-T燃料运行某种意义上对于JET来说是“绝唱”。JET运营负责人Joe Milnes表示，在关闭前，JET将从2022年年中到2023年底再进行一次试验运行。