研究人員發現了一種使血漿保持在核融合反應器中的方法,並防止溫度和密度水平上下攝取。
新發現構成了尋求核融合能源的重大發展,許多人認為這將提供無限的綠色能源一旦工程師學習如何利用此電源。
穩定融合等離子體
普林斯頓大學(Princeton University)在新澤西州的Forrestal校園的美國能源部普林斯頓等離子物理實驗室的物理學家團隊開發了對融合等離子體穩定的機制的模擬。
血漿是物質的四個狀態之一。但是,在地球正常條件下,它不能自由地存在固體,液體或氣體。在恆星中,血漿自然豐富,但是在地球上,這種高電荷顆粒的果凍是在融合反應堆中產生的,例如恆星和麵團形狀的tokamaks。
有時,在融合反應堆中發現的血漿在溫度和密度方面來回搖擺。不穩定的曲折與反應堆內的其他事件結合在一起,導致反應停止並停止整個操作。
但是,已經發現一些等離子體非常穩定。它們沒有表現出在其他等離子體中產生湍流的鋸齒波。物理學家長期以來一直在尋找這種令人困惑的機制,該機制導致一些等離子體保持穩定。
融合能
在核融合反應堆的心臟內部,科學家試圖複製為恆星和氫彈供電的相同過程。
該過程在超熱的氫原子懸浮在等離子體中墜毀,彼此崩潰,分裂成融合形成氦氣的高電荷離子和電子。隨著融合的發生,原子會產生大量的熱量和能量,可能用於發電。
少量的液態氫可以產生與28噸煤一樣多的電力,但沒有帶有核裂變反應器(例如Chernobyl和Fukushima)帶來的放射性廢物。
核融合反應器包含限制等離子體的磁場,在發生融合反應的地方。一種稱為磁通泵的機制使電流保持在等離子體的中心。這就是使某些等離子體保持穩定以保持反應的原因。
PPPL的研究人員由博後研究助理伊莎貝爾·克雷布斯(Isabel Krebs)領導,已成功地使用PPPL計算機上的M3D-C1代碼對該機制進行了模擬。新研究的細節是出版在日記中等離子體的物理學。
磁通泵
根據模擬,在標準方案的混合場景中可能發生磁通量泵送。這些是高分子模式(H模式),其中血漿穩定且限制得更好,並且低量模式(L模式),其中湍流會導致等離子體洩漏其一些能量。該機制也可以在等離子體處於穩定狀態下運行的高級情況下發生。
在混合動力的情況下,等離子體的電流保持平移在高電動氣體的湯中心,而壓力仍然很高。這種組合創建了所謂的準交換模式。
此模式用作混合器。它搖動等離子體並扭曲磁場,然後產生強大的效果,使等離子的電流保持在其核心中。這是保持血漿溫度和密度來回尾聲的同樣效果。
它也是地球產生一個磁場的機制,該機制可以保護其免受從太陽流出的高電荷顆粒的影響。地球中心的液態金屬是混合器。
磁通量泵送是一種自我調節機制,如模擬所示。如果混合器變得太強,則等離子體的電流停留在閾值以下,從而使其無法進行乾草。
未來的應用
克雷布斯說:“對於未來的大規模融合實驗,例如迭代,這種機制可能引起人們的極大興趣。”
研究人員認為,伊特(Iter)的運營商是法國普羅旺斯(Provence)建築中最雄心勃勃的核融合項目,可能會通過實驗中性束功率的時間來發展磁通量,從而加熱等離子。