簡單添加硼粉,能讓託卡馬克核融合設備更安全穩定

2020-12-06 騰訊網

核融合是太陽及宇宙中所有恆星能量的來源，穩定時幾乎可無限提供能量，因此科學家一直嘗試當地球上複製核融合反應，希望能獲取用之不竭的電力供應。最近科學家找到一種能讓核融合實驗設備「託卡馬克」更加穩定的方法──只需要往電漿中添入惰性硼粉。

託卡馬克（Tokamak，又稱環磁機）是目前受控核融合中被研究最多的設備之一，它看起來像個超巨大甜甜圈，利用外部纏繞的龐大線圈產生之磁場約束電漿（完全電離的氣體）、並儘可能使其與外界隔熱，然後通過中性束、離子迴旋共振、電子迴旋共振等各種方式將電漿加熱至上億度，進而產生龐大能量。

然而託卡馬克技術目前最大的問題，在於電漿可能與託卡馬克內牆的鎢元素混合導致冷卻，不只降低核融合效率，對反應爐本身來說也是危險因素。雖然硼塗層有助於保持電漿處於穩定反應狀態，但現有方法依然不安全，科學家需先停止託卡馬克設備，然後引入有毒的乙硼烷氣體（由硼和易爆的氫氣製成），且這段過程所有人都必須遠離設備。

現在，普林斯頓大學電漿物理實驗室（PPPL）團隊找到了更安全的解決方法──硼粉粉末。研究人員表示，由於硼粉是惰性的，即不容易與其他物質發生反應，所以能在託卡馬克設備運行的同時混入電漿中，幫助維持設備內的溫度、讓電漿保持穩定並避免電漿擦刮設備內側管壁。

在團隊實驗中，確認硼粉能幫助科學家開發更受控的低密度電漿，這能通過磁脈衝抑制電漿的不穩定性，對於需要長時間維持運轉的核融合反應設備來說相當重要；與當前具有潛在爆炸危險的乙硼烷氣體相比，粉末更安全、成本也更低。

（首圖為國際熱核融合實驗反應爐，來源：IRSN）

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