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新型核融合控制设备有如磁道炮,可快速射入粒子防止电浆失控

开发核融合技术并不容易,打造耐热设备、提高电浆温度与稳定电浆都是目前科学家想要攻克的难题,而最近美国能源部普林斯顿电浆物理实验室(PPPL)研发出像是磁道炮的电浆控制设备,可在电浆失控之前快速帮反应炉踩下刹车。继续阅读…...  

开发核融合技术并不容易,打造耐热设备、提高电浆温度与稳定电浆都是目前科学家想要攻克的难题,而最近美国能源部普林斯顿电浆物理实验室(PPPL)研发出像是磁道炮的电浆控制设备,可在电浆失控之前快速帮反应炉踩下刹车。

核融合该技术是将氢的两种同位素氘、氚原子结合,形成一个较重的原子核与一个较轻的原子核,而若要进行核融合反应,得将物质的温度提高使原子核和电子分开,进而形成电浆,最后科学家再利用强大的磁场来控制与封闭电浆。

为了要防止电浆破裂,PPPL 先前已做过诸多实验,像是利用深度学习预测与分析电浆行为,希望可在发生电浆破裂前 30 毫秒(1 毫秒等于千分之一秒)进行干预;或是进一步探索电浆反应,避免磁力线结构重连形成磁岛(magnetic islands)。

而 PPPL 此次则研发出全新的干预装置:电磁粒子注入器(electromagnetic particle injector,EPI),该设备原理如同磁道炮,以电磁力当动能、可在电浆破裂前将电磁粒子“sabot”射入电浆,其中该粒子运作方式就像散弹一样,会在电浆中迅速扩散并重新分配电浆中的能量,减少电浆破裂对反应炉内部的影响。

新设备与过去的加压气体或是气阀推进器相比,速度更快,也可以把粒子射入电浆中心,对于国际热核融合实验反应炉(ITER)等大型核融合设备来说大有裨益。

电浆破裂是核融合主要难题之一,得在 20 毫秒解决这个问题,理想状况则是 10 毫秒,原先的气体推进系统耗时约 30 毫秒,而根据 PPPL 模拟,若将 EPI 用于 ITER, 10 毫秒内就可达成任务。

目前团队对 EPI 系统相当有信心,认为该设备可有效减缓电浆破裂对 ITER 的影响,并已规划在 3 年内打造第二代与第三代 EPI,4 年后实际用于托卡马克反应炉。

核融合为备受看好的未来能源技术,有望以安全且无排碳方式产生大量电力,可提供的能量远远超过现在的核分裂技术,目前各国科学家已携手合作盼可将该技术商业化,让人们有朝一日能享受零碳又庞大的电力。

  • New Railgun-Like Device Stabilizes Fusion Reactions
  • Fast action: A novel device may provide rapid control of plasma disruptions in a fusion facility

今天刊登了《新型核融合控制设备有如磁道炮,可快速射入粒子防止电浆失控》一文


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