科學(xué)家克服核聚變障礙 “人造太陽”或?qū)⑸?

這是利用磁場(chǎng)對(duì)等離子進(jìn)行約束的“托克馬克”(Tokamak)裝置

世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(ITER)與人大小比較

正在法國(guó)卡達(dá)拉什建設(shè)一個(gè)世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置(ITER)的工地。該裝置預(yù)計(jì)耗資達(dá)200億美元。
【搜狐科學(xué)消息】據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,“核聚變”是驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)行的能源,在每一顆燃燒的恒星的核心都發(fā)生著劇烈的核聚變反應(yīng)。如果想要在地球上人工創(chuàng)造一顆“人造小太陽”,那么將是非常困難的。因?yàn)槭瓜嗷ヅ懦獾膸N電荷的原子核靠近并發(fā)生融合需要很大的能量。更麻煩的是,如果進(jìn)一步給核聚變等離子體增加能量,那么就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)核反應(yīng)過程崩潰而停止?,F(xiàn)在,來自能源部“普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室”(Princeton Plasma Physics Laboratory)的研究人員或已經(jīng)為該問題找到了一個(gè)合理的解釋和解決方案。
人工可控核聚變有多種方式,但最常用的方式是利用磁場(chǎng)進(jìn)行約束的“托克馬克”(Tokamak)裝置,這種裝置是把熾熱的等離子體用磁場(chǎng)約束在反應(yīng)器內(nèi)部。不幸的是,有一種叫做“密度極限”(Density limit)的內(nèi)在機(jī)制制約著等離子體密度的進(jìn)一步升高,如果等離子體在臨近達(dá)到這個(gè)極限的時(shí)候,再繼續(xù)為其輸入能量,那么就會(huì)導(dǎo)致等離子體的崩潰?,F(xiàn)在,等離子物理實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們相信他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了是什么原因?qū)е碌入x子體的這種行為。他們的研究論文已經(jīng)發(fā)表在了著名的《物理評(píng)論快報(bào)》(Physics Review Letters)上。
在等離子體內(nèi)部可形成一種“島”(islands)狀結(jié)構(gòu),由于其中含有雜質(zhì),導(dǎo)致在聚變反應(yīng)中它能帶走等離子體的一些熱量。雖然科學(xué)家在很多年前就已經(jīng)知道了這些島狀結(jié)構(gòu)的存在,但是一直沒有人深入的分析它是如何對(duì)等離子體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,從而導(dǎo)致產(chǎn)生存在密度極限的。普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家在還沒有完全能夠?qū)@些島狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行完整數(shù)學(xué)描述之前,就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致出現(xiàn)密度極限的數(shù)學(xué)方程。
基于這個(gè)認(rèn)識(shí),科學(xué)家正準(zhǔn)備在麻省理工學(xué)院(MIT)的Alcator C-Mod托克馬克裝置和通用原子公司的DIII-D托克馬克裝置上進(jìn)行檢驗(yàn)他們的理論。如果該理論最終通過了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,那么就會(huì)指導(dǎo)科學(xué)家們進(jìn)一步提高等離子體密度極限,實(shí)現(xiàn)自持的可控核聚變反應(yīng),并最終實(shí)現(xiàn)核聚變發(fā)電?,F(xiàn)在歐盟、美國(guó)以及其他的5個(gè)國(guó)家正在法國(guó)卡達(dá)拉什建設(shè)一個(gè)世界上最大的核聚變實(shí)驗(yàn)裝置——ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor)。該裝置預(yù)計(jì)耗資達(dá)200億美元。