美國(guó)能源部(DOE)的普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)正在與私營(yíng)企業(yè)合作進(jìn)行旨在實(shí)現(xiàn)商業(yè)聚變能的尖端聚變研究。這項(xiàng)工作是通過公私DOE贈(zèng)款計(jì)劃實(shí)現(xiàn)的，支持了開發(fā)高性能聚變級(jí)等離子體的努力。在一個(gè)這樣的項(xiàng)目中，PPPL正在與麻省理工學(xué)院的等離子體科學(xué)與融合中心(PSFC)和英聯(lián)邦融合系統(tǒng)合作，這是從麻省理工學(xué)院分離出來的一家新興公司，正在開發(fā)一種稱為“ SPARC”的托卡馬克融合裝置。

該項(xiàng)目的目標(biāo)是在給定約束等離子體的超導(dǎo)磁體的尺寸和潛在的未對(duì)準(zhǔn)的情況下，預(yù)測(cè)在SPARC的聚變反應(yīng)過程中產(chǎn)生的快速“α”粒子的泄漏。這些粒子會(huì)產(chǎn)生大量自熱或“燃燒的等離子體”，從而促進(jìn)聚變反應(yīng)。燃燒等離子體的發(fā)展是聚變能研究的主要科學(xué)目標(biāo)。但是，α粒子的泄漏會(huì)減慢或停止聚變能的產(chǎn)生，并損壞SPARC設(shè)施的內(nèi)部。

新型超導(dǎo)磁體

SPARC機(jī)器的主要特點(diǎn)包括其緊湊的尺寸和強(qiáng)大的磁場(chǎng)，這是由于新型超導(dǎo)磁體能夠在比現(xiàn)有超導(dǎo)磁體更高的磁場(chǎng)和應(yīng)力下運(yùn)行而實(shí)現(xiàn)的。這些功能將使設(shè)計(jì)和建造更小，更便宜的聚變?cè)O(shè)施成為可能，正如SPARC團(tuán)隊(duì)在最近的出版物中所描述的那樣-假設(shè)聚變反應(yīng)中產(chǎn)生的快速α粒子可以被包含足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以保持等離子體熱。

通過美國(guó)能源部聚變能源創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)(INFUSE)計(jì)劃參加該項(xiàng)目的PPPL物理學(xué)家Gerrit Kramer說：“我們的研究表明它們可以實(shí)現(xiàn)。” 這項(xiàng)為期兩年的計(jì)劃由PPPL物理學(xué)家艾哈邁德·迪亞洛(Ahmed Diallo)擔(dān)任副主任，旨在通過與國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作來加速聚變能的私營(yíng)部門發(fā)展。

密密麻麻的

《等離子體物理學(xué)》雜志的合著者克萊默說：“我們發(fā)現(xiàn)，α粒子確實(shí)在SPARC設(shè)計(jì)中得到了很好的限制。” 他與主要作者史蒂文·斯科特(Steven Scott)緊密合作，史蒂文·斯科特(Steven Scott)是英聯(lián)邦融合系統(tǒng)顧問和PPPL的前長(zhǎng)期物理學(xué)家。

克萊默使用PPPL開發(fā)的SPIRAL計(jì)算機(jī)代碼來驗(yàn)證顆粒限制。克萊默說：“該代碼模擬了磁場(chǎng)中的波狀圖案或波紋，該波狀圖案或波紋可以允許快速粒子逃逸，顯示出良好的密封性，并且對(duì)SPARC壁沒有損壞。” 此外，他補(bǔ)充說：“ SPIRAL代碼與芬蘭的ASCOT代碼非常吻合。盡管這兩個(gè)代碼完全不同，但結(jié)果卻是相似的。”

這一發(fā)現(xiàn)使斯科特感到高興。他說：“很高興看到我們對(duì)波紋引起的損耗的理解得到了計(jì)算驗(yàn)證，因?yàn)槲以缭?980年代初期就在我的博士論文中對(duì)這一問題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。”

聚變反應(yīng)將等離子體形式的輕元素結(jié)合在一起，產(chǎn)生了巨大的能量，等離子體是由自由電子和原子核(或離子)組成的熱的帶電狀態(tài)，占可見宇宙的99%，該熱態(tài)處于充電狀態(tài)。世界各地的科學(xué)家都在尋求將聚變作為一種幾乎無限的發(fā)電來源。

重點(diǎn)指導(dǎo)

Kramer及其同事指出，SPARC磁鐵的未對(duì)準(zhǔn)會(huì)增加由波紋引起的聚變顆粒的損失，從而導(dǎo)致撞擊壁的功率增加。他們的計(jì)算應(yīng)為SPARC工程團(tuán)隊(duì)提供重要指導(dǎo)，以確保磁體必須對(duì)齊得很好，以避免過多的功率損耗和壁損壞。正確對(duì)齊的磁體將使首次研究等離子體自熱成為可能，并在未來的聚變電站中開發(fā)出改進(jìn)的等離子體控制技術(shù)。

標(biāo)簽： 聚變能