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科學家對核融合長期的難題提出解方

出處 ScienceDaily 作者 陳恩仕 摘譯 年份 2022/10/31
報告類型 新聞報導 分類 火力、核能及核設施除役 資料時間 2022年10月
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       十幾年前,這個矛盾震驚了美國能源部 (DOE) 普林斯頓電漿物理實驗室 (PPPL) 的科學家。他們發現在球形托克馬克(一種用以重現太陽或星體核融合現象的球形磁鐵設施)中注入的熱量越多,中心溫度上升的幅度就越小。

       通常情況下,你給的功率越多,溫度就越高。”執行計算的理論和計算科學小組負責人同時也是在《Physical Review Letters》上對此提出解釋的主要作者 Stephen Jardin說。“所以這是一個很大的謎團:為什麼會這樣?”

       解開這個謎團可能有助於全世界製造和控制核融合的人,進而產生幾乎不耗竭之安全、潔淨和無碳能源,同時對抗氣候變遷。核融合是結合電漿形式的輕元素以釋放大能量。

       他說,這種機制在球形托克馬克可能很普遍,並且未來的球形托克馬克在規劃時必須考慮到表面被破壞的可能。

       Jardin 計劃繼續研究這一過程,以更了解磁性表面受的破壞,及為什麼此現象比在傳統托克馬克裡更易發生。於近期透過高解析計算機模擬,Jardin 和他的同事們展示了是什麼原因導致即使有更多的熱能被注入,但核融合電漿中心的溫度卻平穩甚至降低。他們也發現,增加功率也會提高電漿中的壓力而跨入不穩定態,然後電漿的運動使原應上升的溫度被降下了。

       當我們尋求重現核融合的路上,這些發現突顯了研究人員應避免的一個關鍵障礙—托克馬克爐心形狀應設計地更像去核的蘋果,而非目前廣用的甜甜圈形。球形爐能產生更有成本效益的磁場,並且供試運電廠選用。

       托克馬克藉磁場來拘束電漿,這些磁場環繞著爐心,上述發現的機制卻會導致某些位置的壓力升高,進而破壞磁場形成的磁性表面。這破壞抑制了電漿內電子溫度的上升,從而使電漿中心的溫度不能上升到核融合的要求。

       本研究受自美國能源部科學辦公室和美國能源部 SciDAC 計劃的資助。該論文的合著者包括 PPPL 物理學家 Walter GuttenfelderSteffano Munaretto NSTX 研究負責人 Stan Kaye

恆星內部持續進行核融合反應。
圖片來源:pixabay