Nature:30秒,1亿度
本文转自:中国科学报
文 | 徐锐
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KSTAR 图片来源:韩国能源技术研究院
大多数科学家认为可行的核聚变反应仍需数十年的发展 。但关于核聚变的认识和成果都在不断增加 。
现在 , 韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事 , 在一个核聚变反应堆中 , 使核聚变反应在超过1亿摄氏度的温度下稳定持续了30秒 。相关研究9月7日发表于《自然》 。
2021年的一项实验产生了足以自我维持的核聚变反应能量 , 商业反应堆概念设计也正在起草当中 。与此同时 , 国际热核聚变实验堆计划(ITER)的工作仍在推进 。
在新的研究中 , 虽然其持续时间和温度并未破纪录 , 但在达到所需热量的同时保持稳定 , 使人们离可行的聚变反应堆更近了一步 , 当然前提是所使用的技术能够扩大规模 。
【Nature:30秒,1亿度】在实现上述反应的过程中 , 对等离子体的控制至关重要 。一旦等离子体接触到反应器壁就会迅速冷却 , 在抑制反应的同时损坏腔室 。
研究人员通常使用各种形状的磁场来容纳等离子体 。有些人使用边缘传输屏障(ETB) , 在靠近反应堆壁的地方用压力塑造出一个“陡坡” , 阻止热量和等离子体逸出 。还有人通过内部传输屏障(ITB)在等离子体中心附近产生更高的压力 。但两者都会造成反应的不稳定 。
大多数方法为了增加反应堆产生的能量 , 会使等离子体非常热、致密 , 或者增加对等离子体的限制时间 。
而Na团队在韩国超导托卡马克核聚变装置(KSTAR)上使用了改进的ITB技术 , 实现了更低的等离子体密度 。他们的方法似乎提高了核心等离子体温度 , 降低了边缘等离子体温度 , 这可能有助于延长反应堆部件的寿命 。
Na指出 , 低密度是关键 , 而等离子体核心的“快速”或能量更高的离子——所谓的快离子调节增强(FIRE) , 则是维持反应稳定性的关键 。但该团队还没有完全厘清其中的机制 。
由于硬件的限制 , 反应在30秒后停止 , 未来可能维持更长时间 。KSTAR现在已经关闭进行升级 , 反应堆壁上的碳将被钨取代 , Na表示这将提高实验的可重复性 。
“Na的团队发现 , 对等离子体的密度限制低一些不一定是件坏事 , 因为可以被核心更高的温度所补偿 。”英国伦敦帝国理工学院的Dominic Power说 , 但该方法能否适用于规模更大的设备、项目 , 如ITER , 还存在很大的不确定性 。
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https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1
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