科學家提出可控核聚變反應的新方法

2020-08-05 技術力量


科學家提出可控核聚變反應的新方法

科學家提出可控核聚變反應的新方法


科學家們已經找到了一種新的方法來防止等離子體中的磁泡幹擾核聚變反應：通過管理射頻RF波來穩定磁泡。

磁泡可能會膨脹並產生幹擾，從而限制國際熱核聚變實驗堆（ITER）的性能。ITER是正在法國建設的國際實驗設施，旨在證明核聚變能源可行性。


科學家提出可控核聚變反應的新方法

核聚變中的磁泡

磁泡又稱磁島，它是磁場線與其它場線分離並形成管狀的異常現象，使燃料得以逃逸。磁島的存在會擾亂核聚變。

美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室的研究人員開發出了控制這些磁泡或磁島的新模型。這種新方法修改了將RF射線穩定地沉積到等離子體中以穩定磁島的標準技術。當磁島的寬度與射頻射線沉積其功率的區域的特徵尺寸相比較小時，這種技術被證明是無效的。這個區域表示阻尼長度，在沒有任何非線性反饋的情況下，射頻功率通常會沉積在這個區域。當該區域的大小大於島的寬度時，射頻功率的有效性會大大降低，這種情況被稱為低阻尼，因為大部分功率會從島上洩漏。

託卡馬克（Tokamaks），也就是可能出現這種問題的環形核聚變設施，是全世界科學家使用最廣泛的試圖生產和控制核聚變反應設備。如果成功，託卡馬克有望提供幾乎取之不盡，用之不竭的安全和清潔的電力。這種反應將輕元素以等離子體的形式融合起來，從而產生驅動太陽和恆星的大量能量。

新模型的研究人員，普林斯頓等離子體物理項目的研究生金素英(Suying Jin)說，以脈衝而不是穩態流沉積射線可以克服洩漏問題。她說：「在相同平均功率的情況下，脈衝也可以在高阻尼情況下實現更高的穩定性。為了使這一過程發揮作用，脈衝必須以既不太快也不太慢的速度進行。"這個速度點應該和磁島通過擴散散失熱量的速度一致。」

新模型借鑑了普林斯頓等離子體物理項目傑出研究員艾倫·賴曼（Allan Reiman）以及和普林斯頓大學等離子體物理項目主任納特·費希（Nat Fisch）教授的研究成果，他們的研究為射頻功率沉積穩定磁島提供了非線性框架。

賴曼說：「金素英研究具有重大意義。它大大擴展了可用於解決困擾託卡馬克經濟核聚變問題的工具。託卡馬克被這些自然產生的、不穩定的磁島所困擾，導致了等離子體災難性的突然損失。」

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