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      2. 韓國核聚變反應堆30秒達到1億攝氏度

        2022-09-09 10:16  來源: 中國科學報   作者: 徐銳   瀏覽:  

        KSTAR 圖片來源:韓國能源技術研究院

        大多數科學家認為可行的核聚變反應仍需數十年的發展。但關于核聚變的認識和成果都在不斷增加。

        現在,韓國首爾國立大學的Yong Su Na和同事,在一個核聚變反應堆中,使核聚變反應在超過1億攝氏度的溫度下穩定持續了30秒。相關研究9月7日發表于《自然》。

        2021年的一項實驗產生了足以自我維持的核聚變反應能量,商業反應堆概念設計也正在起草當中。與此同時,國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)的工作仍在推進。

        在新的研究中,雖然其持續時間和溫度并未破紀錄,但在達到所需熱量的同時保持穩定,使人們離可行的聚變反應堆更近了一步,當然前提是所使用的技術能夠擴大規模。

        在實現上述反應的過程中,對等離子體的控制至關重要。一旦等離子體接觸到反應器壁就會迅速冷卻,在抑制反應的同時損壞腔室。

        研究人員通常使用各種形狀的磁場來容納等離子體。有些人使用邊緣傳輸屏障(ETB),在靠近反應堆壁的地方用壓力塑造出一個“陡坡”,阻止熱量和等離子體逸出。還有人通過內部傳輸屏障(ITB)在等離子體中心附近產生更高的壓力。但兩者都會造成反應的不穩定。

        大多數方法為了增加反應堆產生的能量,會使等離子體非常熱、致密,或者增加對等離子體的限制時間。而Na團隊在韓國超導托卡馬克核聚變裝置(KSTAR)上使用了改進的ITB技術,實現了更低的等離子體密度。他們的方法似乎提高了核心等離子體溫度,降低了邊緣等離子體溫度,這可能有助于延長反應堆部件的壽命。

        Na指出,低密度是關鍵,而等離子體核心的“快速”或能量更高的離子——所謂的快離子調節增強(FIRE),則是維持反應穩定性的關鍵。但該團隊還沒有完全厘清其中的機制。

        由于硬件的限制,反應在30秒后停止,未來可能維持更長時間。KSTAR現在已經關閉進行升級,反應堆壁上的碳將被鎢取代,Na表示這將提高實驗的可重復性。

        “Na的團隊發現,對等離子體的密度限制低一些不一定是件壞事,因為可以被核心更高的溫度所補償。”英國倫敦帝國理工學院的Dominic Power說,但該方法能否適用于規模更大的設備、項目,如ITER,還存在很大的不確定性。(徐銳)

        相關論文信息:

        https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1

        責任編輯: 李穎

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