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緊湊型聚變電站概念使用最先進(jìn)的物理學(xué)來(lái)改進(jìn)能源生產(chǎn)

2021-11-09 08:52  來(lái)源:cnBeta.COM   瀏覽:  

聚變發(fā)電廠(chǎng)使用磁場(chǎng)來(lái)容納一個(gè)攜帶電流的氣體球(稱(chēng)為等離子體)。這創(chuàng)造了一個(gè)微型的太陽(yáng),通過(guò)核聚變產(chǎn)生能量。緊湊型先進(jìn)托卡馬克(CAT)概念使用最先進(jìn)的物理學(xué)模型,有可能改善聚變能源的生產(chǎn)。模型顯示,通過(guò)仔細(xì)塑造等離子體和等離子體中的電流分布,核聚變工廠(chǎng)的操作人員可以抑制等離子體中的湍流渦流。

這些渦流會(huì)導(dǎo)致熱損失。這將使操作員能夠以較低的電流實(shí)現(xiàn)更高的壓力和聚變功率。這一進(jìn)展可以幫助實(shí)現(xiàn)等離子體自我維持并驅(qū)動(dòng)其自身大部分電流的狀態(tài)。


在這種托卡馬克反應(yīng)堆的方法中,在降低等離子體電流的情況下提高性能,減少了壓力和熱負(fù)荷,從而減輕了聚變電站設(shè)計(jì)者所面臨的一些工程和材料挑戰(zhàn)。更高的壓力也增加了一種效應(yīng),即等離子體中的粒子運(yùn)動(dòng)自然產(chǎn)生了所需的電流。這大大減少了對(duì)昂貴的電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的需求,這些系統(tǒng)消耗了聚變電站的潛在電力輸出。它還實(shí)現(xiàn)了固定的"永遠(yuǎn)在線(xiàn)"形態(tài)。與典型的脈沖式核聚變發(fā)電方法相比,這種方法使核聚變電站在運(yùn)行過(guò)程中受到的壓力更小,從而使核聚變電站更小、更便宜。

在過(guò)去的一年里,美國(guó)能源部(DOE)聚變能源科學(xué)咨詢(xún)委員會(huì)和美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究院發(fā)布了路線(xiàn)圖,呼吁在美國(guó)積極發(fā)展聚變能源。研究人員認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要開(kāi)發(fā)出比目前更有效和更經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)創(chuàng)造聚變能源。用于創(chuàng)建CAT概念的方法開(kāi)發(fā)了新的反應(yīng)堆模擬,利用對(duì)等離子體的最新物理學(xué)理解來(lái)提高性能。研究人員將在DIII-D國(guó)家核聚變?cè)O(shè)施驗(yàn)證的最先進(jìn)的理論與使用國(guó)家能源研究科學(xué)計(jì)算中心的Cori超級(jí)計(jì)算機(jī)的前沿計(jì)算相結(jié)合。這些模擬確定了通向一個(gè)概念的道路,該概念能夠?qū)崿F(xiàn)更高的性能,基本上是自我維持的配置,比典型的脈沖配置更有效地保持能量,使其能夠以更小的規(guī)模和成本建造。

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