科學家利用普通家用清潔劑改善核聚變反應堆性能

科學家們發現,一種常見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,使其能夠像太陽和恆星那樣在地球上產生聚變反應所需的熱量

美國能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的物理學家與日本研究人員合作,在日本的大型螺旋裝置(LHD)上進行了觀察,這是一個扭曲的磁性設施,日本人稱之為”日珥”。這些結果首次證明了在被稱為恆星器的設施中限制熱量的新方法,與日光電子管相似。這些發現可以推動扭曲的設計成為未來聚變電站的藍圖。

科學家利用普通家用清潔劑改善核聚變反應堆性能

研究人員通過向助長聚變反應的LHD等離子體中注入微小的硼粉顆粒,產生了更高的約束效應。他們通過一個安裝在PPPL的滴管進行注入,急劇減少了湍流和渦流,並提高了產生反應的封閉熱量。PPPL物理學家Federico Nespoli等人在《自然-物理學》雜誌上刊登了相關論文。

當研究人員在2018年啟動這個項目-LHD雜質粉末滴管時,他們曾希望可能會對能量封閉產生影響。觀察結果比他們預期的還要好,在等離子體半徑的很大一部分範圍內,湍流得到了抑制。這次研究結果將為控制聚變反應堆中的高性能等離子體提供一個很好的工具。

科學家利用普通家用清潔劑改善核聚變反應堆性能

恆星器,在PPPL創始人萊曼-斯皮策的領導下於20世紀50年代首次建造,是一個很有前途的概念,長期以來一直落後於被稱為托卡馬克的對稱磁性設施,托卡馬克已經成為生產核聚變能源的主要設備。恆星器可以在穩定狀態下運行,幾乎沒有托卡馬克面臨的等離子體破壞風險,但是熱封閉性相對較差。

聚變將輕元素以等離子體的形式結合起來,釋放出大量的能量。托卡馬克和恆星器是科學家們尋求獲得安全、清潔和幾乎無限的核聚變能量,為人類產生核聚變能源的主要磁設計。儘管硼長期以來一直被用於調節牆體和改善托卡馬克的密封性,但科學家們以前還沒有看到 像這篇論文報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於所謂的離子溫度梯度(ITG)不穩定性的減少,它產生的湍流導致等離子體從約束中泄漏。湍流的減少與一種被稱為”新古典運輸”的熱損失形成對比,後者是導致粒子從恆星器約束中逃脫的另一個主要原因。研究人員現在正在進行新一輪的LHD實驗,它將測試在質量注入率、等離子體密度和加熱功率的增加範圍內,熱量和約束的改善是否持續。