鎢X射線的突破推動了核聚變的發展

JET，世界上最大的核聚變能源機器。基於為我們的太陽和恒星提供動力的相同過程，聚變一直被認為是終極能源。一篇新的論文揭示了現在如何成功地用鎢X射線掃描鎢部件，以説明檢測缺陷並準確判斷其壽命，從而推動這項技術的發展。

JET非常耐用，可以處理激烈的條件。鎢是所有天然金屬中最堅固的。只有鑽石能在它的表面留下劃痕。這種獨特的品質使它成為聚變能源機器內部的完美材料，那裡的溫度比太陽核心還要高10倍。那是1.5億攝氏度，是我們太陽系中最熱的地方。

儘管鎢很耐用，但經受住聚變過程中如此強烈的容器內中子轟擊，最終可能會損害可靠性並導致磨損，特別是在晝夜運行的動力裝置中。直到現在，工程師和科學家們還沒有可靠的方法來檢測潛在的結構損傷（由於鎢的密度驚人，普通的三維X射線掃描無法穿透）。

（來源：Heather Lewtas/Nucl. Fusion）

然而，英國原子能管理局（UKAEA）的科學家們發表的一篇新論文首次揭示了現在如何成功地用X射線掃描鎢部件，以説明檢測缺陷並準確判斷其壽命。

這是在核聚變的商業動力路線圖上邁出的重要一步，因為結構分析和壽命是為人類提供這種安全、可持續、低碳能源形式的一個重要障礙。

這項研究發表在Nucl. Fusion 2022（62）上，UKAEA的創新主管Heather Lewtas和論文“Are tungsten-based fusion components truly invisible to x-ray inspection?”的共同作者解釋了他們在牛津大學Culham進行的研究的意義。

她說：“核聚變有望成為世界未來能源供應的一個安全、低碳和可持續的部分。它的可預測性是它的主要優勢之一，但因此至關重要的是，動力裝置不會因為不必要的維護而停用。這項突破性的研究使我們有信心，我們將能夠評估我們的鎢部件的狀況，這些部件必須反復經受地球上最具挑戰性的條件。”

“這個進展將未來的動力裝置停機時間降到最低。這是向前邁出的重要一步，我們對首次展示這項技術感到非常自豪。”

（來源：Heather Lewtas/Nucl. Fusion）

該項鎢X射線試驗研究由科學家Triestino Minniti領導，在英國原子能機構聚變技術設施計畫（UKAEA Fusion Technology Facilities programme）下完成，採用了新興技術。將聚變電力經濟而可靠地投入到電網中需要對幾個挑戰進行技術解決。UKAEA正通過其世界領先的設施在每一類創新中進行尖端研究。

Heather補充說：“我們需做出重大改變以應對氣候變化的影響，而聚變提供了如此多的潛力，它有可能提供‘基荷’電力，並有助於在本世紀下半葉維持淨零排放。在英國進行的突破性研究和創新正在使我們一步步地接近這個令人興奮的商業電力路線圖。”

基於為我們的太陽和恒星提供動力的相同過程，聚變長期以來被認為是終極能源。聚變理所當然是困難的，但以下是基本情況。當兩種形式的氫（氘和氚）的混合物被加熱到極端溫度（比太陽核心的溫度高10倍）時，它們會融合在一起，產生氦，並以熱的形式釋放大量的能量。

這種過熱的材料形成了等離子體，即在閃電和霓虹燈中發現的第四種物質狀態。實現核聚變的方法不止一種。在英國原子能機構，他們在一個被稱為托卡馬克的圓環形機器中使用強磁鐵保持這種熱等離子體。聚變產生的能量可以產生類似于現有發電站的電力，即通過將水煮成蒸汽來運行蒸汽渦輪機。

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