科学家刚刚创造了高温持续等离子体的新世界纪录韩国超导托卡马克先进研究(KSTAR) 装置,离子温度在 20 秒内达到 1 亿摄氏度(1.8 亿华氏度)以上。
KSTAR 被称为韩国的“人造太阳”,它利用磁场产生并稳定超热等离子体,最终目标是使核聚变发电一个现实——一种潜在的无限的清洁能源,如果我们能让它按预期工作,它可以改变我们为我们的生活提供动力的方式。
在此之前,突破 1 亿度的时间还没有超过 10 秒,所以这比之前的努力有了很大的进步——尽管距离我们完全放弃其他能源还有很长的路要走。在此刻,力量仍然有可能,不确定。
科星。 (韩国聚变能源研究所)
“一亿度等离子体长时间运行所需的技术是实现聚变能的关键”核物理学家 Si-Woo Yoon 说道韩国聚变能源研究院 (KFE) KSTAR 研究中心主任。
“KSTAR 成功维持高温等离子体 20 秒,将成为确保长期高性能等离子体运行技术竞赛的一个重要转折点,而长期高性能等离子体运行是未来商用核聚变反应堆的关键组成部分。”
跃升至 20 秒的关键是 KSTAR 内部传输屏障 (ITB) 模式的升级。这些模式没有完全理解科学家们认为,但在最简单的层面上,它们有助于控制核聚变反应的限制和稳定性。
KSTAR是一个托卡马克式反应堆,与最近的类似在中国上线,合并原子核以产生大量能量(与核能相反)用于发电厂,将原子核分裂)。
尽管实现这一目标所需的科学工作很复杂,但进展一直很稳定。科士达于2018年首次突破1亿度极限,并于2019年成功维持该温度8秒。现在,这个数字已经增加了一倍多。
“KSTAR实验克服了ITB模式的一些缺点,在长期高温运行中取得了成功,使我们离核聚变能源实现技术的发展又近了一步。”核物理学家 Yong-Su Na 说,来自首尔国立大学(SNU)。
像 KSTAR 这样的聚变装置使用氢同位素来产生等离子体状态,离子和电子在等离子体状态下分离,准备加热——与太阳上发生的聚变反应相同,因此这些反应堆被赋予了这个绰号。
迄今为止,事实证明,在足够长的时间内保持足够高的温度以使该技术可行是具有挑战性的。科学家们需要打破更多这样的记录,才能将核聚变作为一种能源——消耗的能量只不过是海水而已(氢同位素来源)并产生最少的废物。
尽管要让这些反应堆产生的能量多于消耗的能量还有很多工作要做,但进展一直令人鼓舞。到 2025 年,KSTAR 的工程师希望在 300 秒的时间内突破 1 亿度大关。
“通过在如此长的时间内实现高效的核心等离子体加热,实现了 1 亿度的离子温度,这证明了超导 KSTAR 设备的独特功能,并将被公认为高性能、稳态聚变等离子体的令人信服的基础。”核物理学家 Young-Seok Park 说道,来自哥伦比亚大学。
该实验的结果尚未在同行评审的论文中发表,但将在 2021 年分享国际原子能机构聚变能源会议。