科学家探索无线电波能量控制聚变反应

捕获和控制地球上聚变能的主要挑战是维持等离子体的稳定性,并使其处于数百万度的高温下才能发射和维持聚变反应。等离子体是带动聚变反应的高能状态带电气体。

这一挑战是,需要控制在环形甜甜圈式托卡马克聚变设施中的等离子体中形成的气泡状结构的磁岛。这些孤岛可以生长,冷却等离子体并触发破坏,即等离子体中存储的能量的突然释放,从而中断聚变反应并严重破坏容纳它们的聚变设施。

改善孤岛控制

普林斯顿大学和美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家进行的研究指出,对法国正在建设的国际托卡马克聚变设施中的磁性岛,以及其他未来的不能允许大的中断的聚变设施中的控制问题,得到了改善。

磁性岛

普林斯顿等离子物理研究人员、爱德华多·罗德里格斯说,“这项研究可能为以前认为无法获得的改进控制方案打开大门。”

这项研究是对艾伦·赖曼(Allan Reiman)和纳特·费施(Nat Fisch)先前工作的继续,该研究工作确定了一种新的效应,称为“射频电流凝结(RF current condensation),可以极大地促进磁岛的稳定。新的论文展示了如何最佳利用这种效应。

聚变反应将等离子体形式的轻元素,即由自由电子和原子核组成的物质状态,结合在一起,在太阳和恒星中产生大量能量。全世界的科学家都在寻求在地球上重现这一过程,以提供几乎无穷无尽的安全、清洁的电力来为人类服务。

新的研究基于简化的分析模型,着重于使用射频波加热岛并驱动电流使岛收缩和消失。当温度足够高时,可能会发生复杂的相互作用,从而导致射频电流凝结效应,从而使电流集中在岛中心,并可以大大增强稳定性。但是,随着温度升高,岛的较冷边缘与内部较热之间的温度梯度变大,该梯度会导致不稳定,从而使进一步提高温度变得更加困难。

点对点

点对点(Point-counterpoint)是射频波是否将实现其稳定目标的重要指标。罗德里格斯说:“我们分析了电流凝结与加热产生的梯度增加的湍流之间的相互作用,以确定系统是否稳定。” “我们希望这些岛不增长。”新研究展示了如何控制电波的功率,目的在于充分考虑到不稳定因素,充分利用射频电流的凝结效应。专注于此可以提高聚变反应堆的稳定性。”

研究人员现在计划将新的方面因素引入模型,以进行更详细的研究。这些步骤包括为将冷凝效应包括在计算机代码中以建模已发射的射频波的行为及其真实效果。该技术最终将用于设计最佳岛稳定方案。(来源:新浪网)

进一步了解这项研究成果

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