UK Atomic Energy Authority 简称UKAEA,成立于1954年,为英国商业、能源与产业战略部下属的国立研究机构, 实施英国与欧洲的
可控核聚变相关的研究。 现管理运营着世界上最重要的磁约束核聚变反应堆之一——欧洲联合环 Joint European Torus (JET)和 最先进的球形托卡马克——兆安球形托卡马克 Mega Amp Spherical Tokamak Upgrade(MAST-U)。作为世界上最著名的核聚变与等离子体研究中心之一,UKAEA承担着大量的国际热核聚变实验堆ITER和欧盟商业聚变堆DEMO 的研究、设计与技术开发工作,并于近年开启了世界上首座商业聚变发电站STEP的设计。
历史沿革
二战之后,英美核研究合作中断,英国决心独立开展核武器以及核能的研究开发,大量参与曼哈顿计划的英国科学家返回英国。 英国原子能管理局(UKAEA)成立于1954年,丘吉尔政府设立一个新机构,经营全国的核研究项目,包括
热核武器的开发。 在以后的十年里,UKAEA受到英国首相的直接领导。UKAEA负责开发英国的核威慑武器和制定未来核电站的反应堆技术。1956年,UKAEA 成功开发出世界上第一个商用核电反应堆。英国于1957年成功试验了第一颗氢弹, 成为第三个拥有热核武器的国家。
UKAEA于20世纪50年代便开展
可控核聚变的研究,并设计出同时期世界上最杰出的聚变堆ZETA。 UKAEA于1960年购入牛津郡的
前皇家空军基地卡勒姆园区,作为其主要地址直至今日。至1983年,卡勒姆实验室设计建造了30种不同的聚变试验装置来测试不同的概念模型,平均起来多于每年一个。1969年, 5名卡勒姆的科学家飞赴莫斯科,调研了 苏联设计的名为托卡马克的聚变装置。卡勒姆科学家们测量到苏联的装置能实现超过一千万度的高温,远超过同时期其他设计,从而确定了托卡马克作为最成功的核聚变装置的地位,并将其引入了西方。 这次跨越铁幕的旅行启发了后续的其他主要核聚变装置,比如JET与ITER。 自1971年后,UKAEA 经历了复杂的重组和私有化过程,转让了武器、核燃料等业务,现专注于可控核聚变极其相关科技的研究开发。
科研成果
欧洲联合环 JET
欧洲联合环JET是现阶段世界上最大与最先进的托卡马克(在ITER完成之前),JET 内的等离子体上实现了太阳系内最高的温度,比太阳本身要热得多。于1983年开始运行, JET是世界上唯一的能实现氘—氚聚变的托卡马克,是人类核聚变探索之路的重要里程碑,它的成功导致了后来ITER的诞生,增强了托卡马克作为未来人类实现核聚变反应堆途径的自信。
1997年JET进行的氘—氚聚变实现了16.1MW的聚变能,这一数据至今仍保持世界纪录。
自1983年的第一次等离子体试验以来,JET已经成功运行了超过30年,仍然保持在世界可控核聚变研究的最前沿。 作为ITER的试验床,JET为ITER的设计提供
等离子体物理、系统与材料的测试。在EUROfusion的支持下,每年有超过350名欧盟科学家(包括英国、瑞士与乌克兰)和更多的来自全球各地的科学家参与到JET的实验中。在2019年,JET开始了新一轮的氘—氚聚变试验。
兆安球形托卡马克 MAST-U
MAST以及它的升级版MAST-U,是世界上最大的球形托卡马克。不同于传统的像个甜甜圈形状的托卡马克(比如JET 和ITER),球形托卡马克的形状有更小的纵横比(MAST为1.4而JET为2.5),形状更像一个苹果。球形托卡马克有着更长的磁约束时间,更强的等离子体稳定性,且所需的约束磁场比传统托卡马克更小。球形托卡马克能更有效地利用磁场,且其总体积也可以更紧凑,是紧凑型的托卡马克的好选择。
经历过2000-2013年的运行实验,MAST 经历了重大的升级。其中升级的一个重点是进入了最先进的super-X diverter,若成功,这些关键技术将被应用于ITER和DEMO上。MAST-U是人类探索紧凑型托卡马克的最好的平台。升级后的MAST-U将于2020年开始运行。
球形托卡马克发电站 STEP
2019年10月,英国首相鲍里斯 . 约翰逊宣布了英国将于2040年实现世界上第一个商用核聚变发电站STEP,并批准了总经费2亿2千万英镑,进行为期共五年的STEP集成概念设计(始于2019年4月)。STEP全名为Spherical Tokamak for Energy Production,这项计划分为若干个阶段,它旨在利用球形托卡马克来实现紧凑型核聚变反应堆,并实现商业价值,其具体目标包括:
聚变相关科技
UKAEA以可控核聚变为中心,发展出若干个先进的相关科技研发平台, 比如先进材料研发中心MRF (Material Research Facility),机器人中心RACE (Remote Applications in Challenging Environments),聚变测试中心FTF(Fusion Test Facility),H3AT, 和高性能计算平台等。
使命与目标
摘要: 该UKAEA是国际驰名的核退役和
核聚变能源研究组织。主要受
欧洲原子能共同体EURAtom与英国工程与物理基金会EPSRC的资助。