新華社倫敦4月29日電(記者 郭爽)美國和中國研究人員近日在英國《自然》雜志上發(fā)表論文說,他們?cè)谕锌R克核聚變實(shí)驗(yàn)中取得突破性進(jìn)展,不僅提高了等離子體密度上限,同時(shí)可使等離子體保持高約束模式的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。新研究將受控核聚變技術(shù)向著商業(yè)化方向又推進(jìn)一步,但能否推廣到更大規(guī)模的設(shè)備上仍有待驗(yàn)證。
受控核聚變技術(shù)有望為人類提供近乎無限的清潔能源,幫助人類擺脫對(duì)化石燃料的依賴。托卡馬克反應(yīng)堆是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置,被認(rèn)為是利用核聚變發(fā)電的反應(yīng)堆中最有前景的設(shè)計(jì)之一。在托卡馬克反應(yīng)堆內(nèi),氫的同位素氘和氚被加熱到超高溫度以產(chǎn)生等離子體,強(qiáng)磁場(chǎng)將高溫等離子體約束在環(huán)形管道中,使其發(fā)生聚變反應(yīng)。
英國《新科學(xué)家》雜志報(bào)道說,通常認(rèn)為,在托卡馬克核聚變反應(yīng)中存在一個(gè)等離子體密度臨界點(diǎn),即“格林沃爾德極限”。實(shí)驗(yàn)表明,增加等離子體的密度可以提高能量產(chǎn)出。然而當(dāng)?shù)入x子體密度達(dá)到“格林沃爾德極限”后將無法進(jìn)一步提升,否則等離子體就會(huì)逃脫磁場(chǎng)約束,造成反應(yīng)堆損壞。
在最新研究中,美國通用原子公司、勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院等離子體物理研究所等機(jī)構(gòu)參與的團(tuán)隊(duì)成功讓美國杜布萊特III-D托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置在等離子體平均密度比“格林沃爾德極限”提高20%的情況下,穩(wěn)定運(yùn)行了2.2秒;同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了能量約束水平比標(biāo)準(zhǔn)的高約束模式高出約50%。
據(jù)報(bào)道,研究人員嘗試將已有的不同方法結(jié)合起來,創(chuàng)造出一種新的運(yùn)行機(jī)制。他們通過提高“甜甜圈”形狀等離子體的核心部位密度來增加能量輸出,同時(shí)允許等離子體密度在靠近安全殼的邊緣下降,從而避免等離子體逃逸。他們還向等離子體中注入氘氣,以平息特定部位的反應(yīng)。
研究人員指出,該運(yùn)行機(jī)制可以支持世界上現(xiàn)有核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵要求,并為生產(chǎn)具有經(jīng)濟(jì)吸引力的聚變能源開辟了一條潛在途徑。