科學(xué)家證實(shí)了在聚變等離子體中發(fā)射和驅(qū)動(dòng)電流的新穎方法

在稱為托卡馬克的設(shè)施內(nèi)部產(chǎn)生聚變反應(yīng)的一個(gè)障礙是，在等離子體中產(chǎn)生有助于產(chǎn)生約束磁場(chǎng)的電流以脈沖形式發(fā)生。沿著托卡馬克中心的電磁體產(chǎn)生的這種脈沖將使聚變能的穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生變得難以實(shí)現(xiàn)。為了解決該問題，物理學(xué)家開發(fā)了一種稱為瞬態(tài)同軸螺旋注入(CHI)的技術(shù)來(lái)產(chǎn)生未脈沖的電流。

現(xiàn)在，美國(guó)能源部(DOE)普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的物理學(xué)家法蒂瑪·埃布拉希米(Fatima Ebrahimi)使用高分辨率計(jì)算機(jī)模擬來(lái)研究該技術(shù)的實(shí)用性。仿真表明，CHI可以在比今天更大，更強(qiáng)大的托卡馬克中連續(xù)產(chǎn)生電流，以產(chǎn)生穩(wěn)定的聚變等離子體。

“穩(wěn)定是在托卡馬克任何電流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最重要的方面，”埃布拉希米，一紙報(bào)告在結(jié)論中撰文稱等離子體物理學(xué)。“如果等離子體穩(wěn)定，則可以擁有更大的電流和更多的聚變，并使其隨著時(shí)間的流逝而持續(xù)下去。”

聚變是驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)和恒星的力量，它融合了以等離子體形式存在的輕元素，等離子體是由自由電子和原子核組成的熱的帶電狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生大量的能量。科學(xué)家們正在尋求在地球上復(fù)制核聚變，以獲取幾乎不竭的電力供應(yīng)。

CHI技術(shù)取代了稱為螺線管的電磁體，該螺線管在當(dāng)今的托卡馬克中感應(yīng)出電流。CHI通過自發(fā)地向等離子體中產(chǎn)生磁泡或等離子體來(lái)產(chǎn)生臨界電流。新的高分辨率模擬證實(shí)，在未來(lái)的托卡馬克中，沿等離子體行進(jìn)的等離子體會(huì)產(chǎn)生電流，從而產(chǎn)生約束場(chǎng)。模擬進(jìn)一步表明，即使受到三維不穩(wěn)定性的影響，等離子體仍將保持完整。

將來(lái)，Ebrahimi計(jì)劃模擬CHI啟動(dòng)，同時(shí)包括更多有關(guān)等離子體的物理知識(shí)，這將為進(jìn)一步優(yōu)化工藝并推斷出下一步設(shè)備提供見識(shí)。她說(shuō)：“這有點(diǎn)困難，但是現(xiàn)在的新聞是，這些模擬表明，CHI是一種可靠的電流驅(qū)動(dòng)技術(shù)，隨著它們開始吸收更強(qiáng)的磁場(chǎng)，可以在世界各地的聚變?cè)O(shè)施中使用。 ”