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科學(xué)家利用普通家用清潔劑改善核聚變反應(yīng)堆性能

2022-01-19 09:19  瀏覽:  

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),一種常見(jiàn)的家用清潔劑中含有的礦物硼,能夠極大地提高一些聚變能源裝置的能力,使其能夠像太陽(yáng)和恒星那樣在地球上產(chǎn)生聚變反應(yīng)所需的熱量。

美國(guó)能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的物理學(xué)家與日本研究人員合作,在日本的大型螺旋裝置(LHD)上進(jìn)行了觀察,這是一個(gè)扭曲的磁性設(shè)施,日本人稱之為"日珥"。這些結(jié)果首次證明了在被稱為恒星器的設(shè)施中限制熱量的新方法,與日光電子管相似。這些發(fā)現(xiàn)可以推動(dòng)扭曲的設(shè)計(jì)成為未來(lái)聚變電站的藍(lán)圖。

研究人員通過(guò)向助長(zhǎng)聚變反應(yīng)的LHD等離子體中注入微小的硼粉顆粒,產(chǎn)生了更高的約束效應(yīng)。他們通過(guò)一個(gè)安裝在PPPL的滴管進(jìn)行注入,急劇減少了湍流和渦流,并提高了產(chǎn)生反應(yīng)的封閉熱量。PPPL物理學(xué)家Federico Nespoli等人在《自然-物理學(xué)》雜志上刊登了相關(guān)論文。

當(dāng)研究人員在2018年啟動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目-LHD雜質(zhì)粉末滴管時(shí),他們?cè)M赡軙?huì)對(duì)能量封閉產(chǎn)生影響。觀察結(jié)果比他們預(yù)期的還要好,在等離子體半徑的很大一部分范圍內(nèi),湍流得到了抑制。這次研究結(jié)果將為控制聚變反應(yīng)堆中的高性能等離子體提供一個(gè)很好的工具。

恒星器,在PPPL創(chuàng)始人萊曼-斯皮策的領(lǐng)導(dǎo)下于20世紀(jì)50年代首次建造,是一個(gè)很有前途的概念,長(zhǎng)期以來(lái)一直落后于被稱為托卡馬克的對(duì)稱磁性設(shè)施,托卡馬克已經(jīng)成為生產(chǎn)核聚變能源的主要設(shè)備。恒星器可以在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行,幾乎沒(méi)有托卡馬克面臨的等離子體破壞風(fēng)險(xiǎn),但是熱封閉性相對(duì)較差。

聚變將輕元素以等離子體的形式結(jié)合起來(lái),釋放出大量的能量。托卡馬克和恒星器是科學(xué)家們尋求獲得安全、清潔和幾乎無(wú)限的核聚變能量,為人類產(chǎn)生核聚變能源的主要磁設(shè)計(jì)。盡管硼長(zhǎng)期以來(lái)一直被用于調(diào)節(jié)墻體和改善托卡馬克的密封性,但科學(xué)家們以前還沒(méi)有看到 像這篇論文報(bào)道的那樣廣泛湍流減少和溫度上升。

這篇論文表示,LHD等離子體中顯著的熱量和約束改善可能是由于所謂的離子溫度梯度(ITG)不穩(wěn)定性的減少,它產(chǎn)生的湍流導(dǎo)致等離子體從約束中泄漏。湍流的減少與一種被稱為"新古典運(yùn)輸"的熱損失形成對(duì)比,后者是導(dǎo)致粒子從恒星器約束中逃脫的另一個(gè)主要原因。研究人員現(xiàn)在正在進(jìn)行新一輪的LHD實(shí)驗(yàn),它將測(cè)試在質(zhì)量注入率、等離子體密度和加熱功率的增加范圍內(nèi),熱量和約束的改善是否持續(xù)。

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