@ 2019.01.15 , 14:00

科学家们发现了一个稳定融合等离子体的过程

首先,可控核聚变的一个前提条件是可控,即是实现核聚变主体——等离子体稳定不受干扰的存在。现在,美国能源部(DOE)下属的普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究者们发现了一个过程可以帮助解决制造等离子体之后最危险的干扰问题。

链式核聚变通过将原子核聚变成等离子体从而释放出非常庞大的能量,可以为世界各地的工厂和城市提供清洁和近乎无限的能源供应。激发和创造等离子体已经有了多种方式,而目前世界各国的研究人员们还在为捕获和控制等离子体而进行大量的科学和工程探索。

磁岛

PPPL发表在《物理学评论快报》上的文章表明此次发现聚焦在激发等离子体后所谓的撕裂模式不稳定上,而这种不稳定性通常会形成等离子体破裂的罪魁祸首——磁岛。由于磁约束的影响,这种在等离子体内部形成的孤立磁岛就像在水溶液中的一个个气泡,当这些气泡逐渐增多和变大,完整的等离子流体就会像四散的水流一样破碎,同时还会对托克马克内部的防护壁造成严重的损伤。

针对这一现象,研究者们早在20世纪80年代就发现使用一种射频波来驱动等离子体中的电流可以减少等离子体破裂的风险。但是之前的研究者们没有注意到的是,一旦射频波超过某个固定阈值,等离子体本身的温度可以改善其稳定状态。PPPL目前总结的物理机制如下:

温度的摄动会影响等离子体中的电流强度,同时也会对射频波对磁岛的效果造成影响。

这种温度摄动和其在能量反馈上的累加影响之间的相互影响是非常复杂——或者说是非线性的。

当能量反馈和电流驱动对温度摄动的灵敏度联系起来时,这种稳定过程的效率就会提高。

当这种等离子体的自我稳定结束后,未校准的电流驱动的影响就会非常低,这种电流驱动不能非常准确的命中磁岛的中心,使其效率大大降低。

以上的物体反应过程被总结为“射频电流凝结”,即磁岛内部的射频功率的集中反过来阻止了内部射频功率的增长。对此PPPL的物理学家,艾伦·雷曼表示,当磁岛上的功率沉积超过某个阈值时,等离子体温度会有一个跳跃式发展,这使得等离子体的稳定性大大增强,使得其拥有更大的磁岛也非常的稳定

对ITER的有利影响

国际热核聚变反应堆计划(ITER)对此表示很赞,这一发现使得位于法国的ITER项目大受裨益。新研究的发现使得未来人们在获取更稳定的等离子体上有了一个明确的方向,而不再担心等离子体内的磁岛老是折腾幺蛾子。虽然在1983年,“射频电流驱动”技术的提出者雷曼已经在其论文中提出磁岛温度摄动的重要性,但此次研究的发现重新审视了这些温度摄动背后对磁岛的影响。

本文译自 phys,由译者 利维坦 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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