融合研究人员找到了更安全，更有效的方法来在地球上创造恒星

时间：2021-09-08 18:52:18 来源：

使用被称为托卡马克的环形聚变设施的主要问题是保持为聚变反应提供燃料的等离子体不含杂质，这会降低反应效率。现在，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家发现，将一种粉末撒入等离子体中可以帮助利用托卡马克设施中的超热气体产生热量来发电，而无需产生温室气体或长期放射性废物。

聚变是驱动太阳和恒星的力量，它以等离子体的形式结合了轻元素，等离子体是由自由电子和原子核组成的热的带电物质，会产生大量的能量。科学家们正在寻求在地球上复制核聚变，以提供几乎无穷无尽的电力供应。

PPPL物理学家罗伯特·伦斯福德（Robert Lunsford）完成的研究表明，将硼粉注入聚变等离子体中可以帮助聚变反应。

PPPL物理学家罗伯特·伦斯福德（Robert Lunsford）说：“该实验的主要目的是看我们是否可以使用粉末喷射器沉积一层硼。”“到目前为止，该实验似乎已经成功。”

硼可防止被称为钨的元素从托卡马克壁中浸出到等离子体中，从而使等离子体颗粒冷却并降低聚变反应的效率。在称为“硼化”的过程中，将一层硼涂在面对等离子体的表面上。科学家希望使等离子体尽可能热-至少比太阳表面热十倍-以最大程度地促进聚变反应，从而使产生电能的热量最大化。

使用粉末进行硼化也比使用如今被称为乙硼烷的硼气体安全得多。伦斯福德说：“乙硼烷气体具有爆炸性，因此在此过程中，每个人都必须离开装有托卡马克的建筑物。”“另一方面，如果您可以将一些硼粉滴入等离子体中，则将更易于管理。他说：“虽然乙硼烷气体具有爆炸性和毒性，但硼粉却是惰性的。”“这项新技术将减少侵入性，并且绝对减少危险性。”

另一个优点是，尽管物理学家必须在硼气处理过程中停止托卡马克操作，但可以在机器运行时将硼粉添加到等离子体中。此功能很重要，因为要提供恒定的电源，未来的聚变设施将必须长时间连续运行。伦斯福德说：“这是进入稳态聚变机的一种方式。”“您可以添加更多的硼，而不必完全关闭机器。”

还有其他原因可以使用粉末滴管涂覆托卡马克的内表面。例如，研究人员发现，注入硼粉与向等离子体中注入氮气具有相同的好处-两种技术都增加了等离子体边缘处的热量，从而增加了等离子体在磁场中的约束程度。

粉末滴管技术还为科学家提供了一种创建低密度聚变等离子体的简便方法，这很重要，因为低密度可以通过磁脉冲抑制等离子体的不稳定性，这是一种改善聚变反应的相对简单的方法。科学家可以随时使用粉末制造低密度等离子体，而不必等待气态硼化。能够以这种方式轻松创建各种等离子体条件，将使物理学家能够更彻底地探索等离子体的行为。

将来，Lunsford和小组中的其他科学家希望进行实验，以确定将材料注射到等离子体中后确切的位置。目前，物理学家假设粉末流向托卡马克腔室的顶部和底部，与血浆流动的方式相同。“但通过建模支持该假设是有用的，因此我们知道托卡马克内部的确切位置硼层。”伦斯福德说。

参考：R. Lunsford，V。Rohde，A。Bortolon，R。Dux，A。Herrmann，A。Kallenbach，R.M。McDermott，P.David，A.Drenik，F.Laggner，R.Maingi，D.K.Mansfield，A.Nagy，R.Neu，E.Wolfrum和ASDEX升级小组，2019年10月14日，核聚变.DOI：
10.1088 / 1741-4326 / ab4095

这项研究得到了美国能源部科学办公室（FES）和Euratom研究与培训计划的支持。该研究小组的成员来自德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所。

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