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韩国核聚变反应堆30秒达到1亿摄氏度

2022-09-09 08:18:37 中国科学报   作者: 徐锐  

KSTAR 图片来源:韩国能源技术研究院

大多数科学家认为可行的核聚变反应仍需数十年的发展。但关于核聚变的认识和成果都在不断增加。

现在,韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事,在一个核聚变反应堆中,使核聚变反应在超过1亿摄氏度的温度下稳定持续了30秒。相关研究9月7日发表于《自然》。

2021年的一项实验产生了足以自我维持的核聚变反应能量,商业反应堆概念设计也正在起草当中。与此同时,国际热核聚变实验堆计划(ITER)的工作仍在推进。

在新的研究中,虽然其持续时间和温度并未破纪录,但在达到所需热量的同时保持稳定,使人们离可行的聚变反应堆更近了一步,当然前提是所使用的技术能够扩大规模。

在实现上述反应的过程中,对等离子体的控制至关重要。一旦等离子体接触到反应器壁就会迅速冷却,在抑制反应的同时损坏腔室。

研究人员通常使用各种形状的磁场来容纳等离子体。有些人使用边缘传输屏障(ETB),在靠近反应堆壁的地方用压力塑造出一个“陡坡”,阻止热量和等离子体逸出。还有人通过内部传输屏障(ITB)在等离子体中心附近产生更高的压力。但两者都会造成反应的不稳定。

大多数方法为了增加反应堆产生的能量,会使等离子体非常热、致密,或者增加对等离子体的限制时间。而Na团队在韩国超导托卡马克核聚变装置(KSTAR)上使用了改进的ITB技术,实现了更低的等离子体密度。他们的方法似乎提高了核心等离子体温度,降低了边缘等离子体温度,这可能有助于延长反应堆部件的寿命。

Na指出,低密度是关键,而等离子体核心的“快速”或能量更高的离子——所谓的快离子调节增强(FIRE),则是维持反应稳定性的关键。但该团队还没有完全厘清其中的机制。

由于硬件的限制,反应在30秒后停止,未来可能维持更长时间。KSTAR现在已经关闭进行升级,反应堆壁上的碳将被钨取代,Na表示这将提高实验的可重复性。

“Na的团队发现,对等离子体的密度限制低一些不一定是件坏事,因为可以被核心更高的温度所补偿。”英国伦敦帝国理工学院的Dominic Power说,但该方法能否适用于规模更大的设备、项目,如ITER,还存在很大的不确定性。(徐锐)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1




责任编辑: 李颖

标签: 韩国 核聚变反应堆

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