科学家利用普通家用清洁剂改善核聚变反应堆性能

2022年01月19日 02:17 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

科学家们发现,一种常见的家用清洁剂中含有的矿物硼,能够极大地提高一些聚变能源装置的能力,使其能够像太阳和恒星那样在地球上产生聚变反应所需的热量。

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家与日本研究人员合作,在日本的大型螺旋装置(LHD)上进行了观察,这是一个扭曲的磁性设施,日本人称之为"日珥"。这些结果首次证明了在被称为恒星器的设施中限制热量的新方法,与日光电子管相似。这些发现可以推动扭曲的设计成为未来聚变电站的蓝图。


研究人员通过向助长聚变反应的LHD等离子体中注入微小的硼粉颗粒,产生了更高的约束效应。他们通过一个安装在PPPL的滴管进行注入,急剧减少了湍流和涡流,并提高了产生反应的封闭热量。PPPL物理学家Federico Nespoli等人在《自然-物理学》杂志上刊登了相关论文。

当研究人员在2018年启动这个项目-LHD杂质粉末滴管时,他们曾希望可能会对能量封闭产生影响。观察结果比他们预期的还要好,在等离子体半径的很大一部分范围内,湍流得到了抑制。这次研究结果将为控制聚变反应堆中的高性能等离子体提供一个很好的工具。


恒星器,在PPPL创始人莱曼-斯皮策的领导下于20世纪50年代首次建造,是一个很有前途的概念,长期以来一直落后于被称为托卡马克的对称磁性设施,托卡马克已经成为生产核聚变能源的主要设备。恒星器可以在稳定状态下运行,几乎没有托卡马克面临的等离子体破坏风险,但是热封闭性相对较差。

聚变将轻元素以等离子体的形式结合起来,释放出大量的能量。托卡马克和恒星器是科学家们寻求获得安全、清洁和几乎无限的核聚变能量,为人类产生核聚变能源的主要磁设计。尽管硼长期以来一直被用于调节墙体和改善托卡马克的密封性,但科学家们以前还没有看到 像这篇论文报道的那样广泛湍流减少和温度上升。

这篇论文表示,LHD等离子体中显著的热量和约束改善可能是由于所谓的离子温度梯度(ITG)不稳定性的减少,它产生的湍流导致等离子体从约束中泄漏。湍流的减少与一种被称为"新古典运输"的热损失形成对比,后者是导致粒子从恒星器约束中逃脱的另一个主要原因。研究人员现在正在进行新一轮的LHD实验,它将测试在质量注入率、等离子体密度和加热功率的增加范围内,热量和约束的改善是否持续。

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