MAST Upgrade双束箱安装就位
摘要
英国原子能管理局（UKAEA）称，MAST Upgrade装置的一个重达12吨的双束箱已就位。该箱体内的两台新增中性束注入器将使加热功率翻倍至8.8兆瓦，并将等离子体温度提升至6000万摄氏度。主要硬件计划于2027年秋末前安装完成，科学实验将于2028年开始，用于支持未来聚变发电厂相关技术研究。
一个重达12吨的双束箱已就位，该设施将使英国旗舰聚变装置的等离子体条件提升至6000万摄氏度。
英国原子能管理局（UKAEA）表示，双束箱采用“双层”布局，内含两台中性束注入器。注入器将高能中性原子射入等离子体，使其温度升至3000万摄氏度以上。
该机构称，在牛津（Oxford）附近的UKAEA卡勒姆园区（Culham campus），为装置再增加两台注入器，可使加热功率翻倍至8.8兆瓦，并使等离子体温度翻倍，“将使研究人员能够研究未来聚变发电厂所需的技术与物理问题”。
双束箱容器体积为20立方米，采用316L不锈钢制成，“具有良好的真空兼容性，这对容器内部所需的超高真空条件至关重要”。
UKAEA表示，所有主要硬件计划于2027年秋末前制造完成并安装在箱体内，科学实验将于2028年开始使用该装置。
UKAEA的MAST Upgrade运行负责人Andrew Thornton表示：“双束箱吊装到位是MAST Upgrade的一大进步。通过加热功率翻倍，我们将探索此前根本无法达到的等离子体条件。我们将能够研究高压等离子体的稳定性，同时测试MAST Upgrade排气系统如何应对这些温度更高、性能更强的等离子体。”
MAST（Mega Amp Spherical Tokamak，兆安培球形托卡马克）Upgrade有三个关键目标：研究新型排气概念；降低球形托卡马克设计作为未来发电厂的风险并推进其发展；扩展物理知识，以支持更广泛的聚变计划。
UKAEA称，该装置的核心重点是排气系统，即托卡马克的“偏滤器”（divertor），其作用是“接收从等离子体中喷射出的粒子和热量，并将其导向托卡马克内部的表面。要实现商业化聚变发电，我们必须解决等离子体排气这一关键问题。未来发电厂的大型聚变装置将承受强烈的功率负荷。这可能损坏偏滤器部件，使其需要每隔几年更换一次。这将使聚变难以成为具有经济竞争力的能源。挑战在于开发一种偏滤器，能够将功率负荷降低到可控水平，这大致相当于汽车发动机的水平。”
MAST Upgrade今年8月完成了第五轮实验，在此期间实现了其有史以来最高的等离子体压力，并克服了被视为商业聚变发电必要前提的等离子体不稳定性问题。该装置由英国能源安全与净零排放部资助，是EUROfusion欧洲中型托卡马克计划的一部分。
今年的其他升级包括安装电子伯恩斯坦波（EBW）系统，该系统将提供额外1.6兆瓦的加热功率。EBW技术计划用于能源生产球形托卡马克（STEP）。STEP是英国的原型聚变发电厂，拟建于诺丁汉郡（Nottinghamshire）的West Burton。当前MAST Upgrade工作还包括“从联合欧洲环（JET）转移并改作利用电源设备”，JET装置已于2023年结束了40年的运行。
STEP计划于2040年前开始运行。STEP的技术目标包括：提供可预测的、超过100兆瓦的净电力；创新以开发聚变能在发电之外的应用；确保氚的自给自足；在适当的聚变条件下对材料和部件进行鉴定；并开发一条实现可负担全生命周期成本的可行路径。