科学家克服核聚变障碍 “人造太阳”或将升起

据国外媒体报道,“核聚变”是驱动宇宙运行的能源,在每一颗燃烧的恒星的核心都发生着剧烈的核聚变反应。如果想要在地球上人工创造一颗“人造小太阳”,那么将是非常困难的。因为使相互排斥的带同种电荷的原子核靠近并发生融合需要很大的能量。更麻烦的是,如果进一步给核聚变等离子体增加能量,那么就会导致整个核反应过程崩溃而停止。现在,来自能源部“普林斯顿等离子体物理实验室”(Princeton Plasma Physics Laboratory)的研究人员或已经为该问题找到了一个合理的解释和解决方案。

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这是利用磁场对等离子进行约束的“托克马克”(Tokamak)装置
这是利用磁场对等离子进行约束的“托克马克”(Tokamak)装置
世界上最大的核聚变实验装置(ITER)与人大小比较
世界上最大的核聚变实验装置(ITER)与人大小比较
正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置(ITER)的工地。该装置预计耗资达200亿美元。
正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置(ITER)的工地。该装置预计耗资达200亿美元。
  

  人工可控核聚变有多种方式,但最常用的方式是利用磁场进行约束的“托克马克”(Tokamak)装置,这种装置是把炽热的等离子体用磁场约束在反应器内部。不幸的是,有一种叫做“密度极限”(Density limit)的内在机制制约着等离子体密度的进一步升高,如果等离子体在临近达到这个极限的时候,再继续为其输入能量,那么就会导致等离子体的崩溃。现在,等离子物理实验室的科学家们相信他们已经发现了是什么原因导致等离子体的这种行为。他们的研究论文已经发表在了著名的《物理评论快报》 (Physics Review Letters)上。

  在等离子体内部可形成一种“岛”(islands)状结构,由于其中含有杂质,导致在聚变反应中它能带走等离子体的一些热量。虽然科学家在很多年前就已经知道了这些岛状结构的存在,但是一直没有人深入的分析它是如何对等离子体的稳定性产生影响,从而导致产生存在密度极限的。普林斯顿等离子体物理实验室的科学家在还没有完全能够对这些岛状结构进行完整数学描述之前,就已经发现了导致出现密度极限的数学方程。

  基于这个认识,科学家正准备在麻省理工学院(MIT)的Alcator C-Mod托克马克装置和通用原子公司的DIII-D托克马克装置上进行检验他们的理论。如果该理论最终通过了实验验证,那么就会指导科学家们进一步提高等离子体密度极限,实现自持的可控核聚变反应,并最终实现核聚变发电。现在欧盟、美国以及其他的5个国家正在法国卡达拉什建设一个世界上最大的核聚变实验装置——ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)。该装置预计耗资达200亿美元。

文/搜狐科学

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