英國一個開創性反應堆，正準備開始一種燃料混合的關鍵測試，這將最終為世界上最大的核聚變實驗ITER提供動力。核聚變是為太陽提供能量的一種現象，如果物理學家能夠在地球上利用它，它將成為幾乎無限的能量來源。

12月，聯合歐洲環面(JET)的研究人員開始用氚(氫的一種罕見的放射性同位素)進行核聚變實驗。該設施是價值220億美元的ITER項目的十分之一體積模型，具有相同的甜甜圈形狀的“托卡馬克”設計——世界上最發達的核聚變能源方法。這是自1997年以來研究人員首次在托卡馬克中使用大量氚進行實驗。

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6月，JET將開始熔化等量的氚和氘，氘是氫的另一種同位素。正是這種燃料混合物，ITER將用來試圖從聚變反應中產生比投入更多的能量——這是以前從未被證明過的。反應堆應該加熱并限制氘和氚的等離子體，以便同位素熔化成氦產生足夠的熱量來維持進一步的聚變反應。JET科學項目的聯合負責人Joelle Mailloux說:“現在非常令人興奮的是，我們終于可以將這些年來一直在準備的東西付諸實踐了。”“我們已經準備好了。”

試運行

JET的實驗將幫助科學家預測ITER托卡馬克中的等離子體將如何運行，并設計這個大型實驗的操作設置。位于法國Cadarache附近的ITER的首席科學家Tim Luce說:“這是我們在當今的機器上所能達到的最接近ITER條件的設備。”盧斯說，這些實驗是大約20年工作的成果。

ITER將于2025年開始使用低功率氫反應。但從2035年起，它將以50:50的氘和氚混合物運行。ITER和JET都位于牛津附近的Culham聚變能中心(CCFE)，它們利用極端磁場將等離子體限制在一個環內，并對其加熱，直到發生聚變。JET中的溫度可以達到1億度，比太陽核心的溫度高很多倍。世界上最后一次用氚進行的托卡馬克聚變實驗也是在JET進行的。當時的目標是達到峰值功率，該設備成功地實現了功率輸出與功率輸入的創紀錄比率(稱為Q值)0.67。這個記錄今天仍然保持著;1將是收支平衡。但今年的目標是維持類似水平的核聚變能量5秒或更長時間，盡可能多地從實驗中獲取數據，并了解持續時間更長的等離子體的行為。

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使用氚帶來了獨特的挑戰——JET的研究人員花了兩年多時間改裝他們機器的元件，并準備處理放射性物質。這種同位素衰變很快，因此它在自然界中只以微量存在，通常是核裂變反應堆的副產品;世界供應量只有20公斤。處理氚的部分挑戰是，它與氘的反應產生中子的速率比單獨的氘反應要高得多。

商用反應堆將捕獲這些中子的能量以發電，但在JET中，高能粒子將干擾機器內部并損壞診斷系統。領導CCFE的伊恩·查普曼說，這意味著噴氣隊不得不把攝像機和其他儀器移到混凝土屏障后面。查普曼說，“我們必須更新和更新我們所有的流程”，從存儲到處理。一旦氚實驗開始，中子轟擊將使內部設施具有放射性，因此它將成為人類18個月的禁區。因此，工作人員不得不習慣于類似于將飛船送入太空的工程師的思維方式:“你不能只是進去修理東西，它必須第一時間工作，”查普曼說。

氚脈沖

JET的活動將使用不到60克的氚，并將回收利用。含有一克氚的燃料將被一天3-14次脈沖送入托卡馬克。Mailloux說，每一次放電都是一次單獨的實驗，參數略有不同，將產生3到10秒鐘的有用數據。“我們追求的是物理信息，我們可以用這些信息來驗證我們的理解，然后我們可以將這些信息應用到未來機器的準備中，”她說。有些實驗會只用氚;其他人將以相等的比例結合氘和氚。

這兩種類型的實驗都很重要，因為一個關鍵目標是理解氚的較大質量對等離子體行為的影響(氚的原子核中有兩個中子，而氘有一個，氫沒有)。這將有助于預測在ITER使用不同同位素的影響。同位素的質量影響等離子體達到被稱為限制的關鍵狀態所需的條件，如磁場、電流、外部加熱。(在這種狀態下，最高能量的粒子保留在電離氣體中，這對于維持等離子體的溫度很重要)。劍橋麻省理工學院的等離子體物理學家安妮·懷特說:“我們想探索這一點，并了解原因。”

與1997年的實驗的另一個主要區別是，JET已經被改裝，以使保護機器免受熱和中子轟擊影響并從等離子體中去除雜質的內部材料與ITER的設計相匹配。因為這些材料可以輻射回等離子體并冷卻它，所以理解它們如何與聚變過程相互作用是至關重要的。查普曼說，最新一代的聚變科學家從未研究過氚，這使得做實驗變得更加重要。“這是件大事。人們正在關注，”盧斯補充道。

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