受控的混乱可能是无限清洁能源的关键

受控的混乱可能是无限清洁能源的关键

核聚变反应堆 最终可以利用太阳的力量来产生大量的清洁能源。 但就目前而言,它们容易出现可能对未来机器造成严重破坏的不稳定因素。

现在,在该杂志上发表的一项新研究中 物理评论快报,科学家们已经找到了一种可能的方法来避免这些破坏性的不稳定性——有目的地制造一堆较小的不稳定性。

这是背景—— 核聚变与恒星中心发生的反应相同,它结合原子核形成更重的原子核。 任何不能形成新原子的质量都会转化为能量,释放出大量的光和热。

长期以来,科学家们一直试图在地球上的反应堆中产生核聚变,因为它产生的能量远远超过燃烧化石燃料所产生的能量。 例如,菠萝大小的氢原子提供的能量相当于 10,000 吨煤。

托卡马克可以帮助科学家创造清洁的聚变能源。Jean-Marie HOSATTE/Gamma-Rapho/Getty Images

大多数实验性聚变反应堆采用称为托卡马克的甜甜圈形俄罗斯设计。 这些设计使用强大的磁场将一团等离子体或电离气体限制在极高的温度下——高到足以让原子合并在一起。

但所有磁约束等离子体自然会产生不稳定性,或等离子体中的小扰动迅速增长的区域。

起源于托卡马克等离子体环边缘的不稳定性称为“边缘局部模式”(ELM),有点像太阳表面的太阳耀斑。 每个人最多可以驱逐 储存在反应堆中的能量的 20%,可能对托卡马克的墙壁造成灾难性的破坏。

先前的研究提出了一个潜在的解决方法:用磁铁稍微扭曲等离子环,使其形成一个看起来有点像圆角三角形的形状。

奥地利维也纳科技大学的主要研究作者和等离子体物理学家 Georg Harrer 说,这一步骤可以扩大甜甜圈更稳定的内部,并使整体等离子体更加稳定。

过去的研究还发现,用气体为环提供燃料可以在等离子体的最边缘提供密度和压力提升。 这会触发许多微小的 ELMS,而不是主要的、具有破坏性的 ELMS。

但科学家们认为,这种情况只能在相对较小的托卡马克中实现,而在目前正在开发用于研究聚变能的大型托卡马克中是不可能的。

这项新研究表明,核聚变的障碍实际上可以帮助它成功。MARK GARLICK/科学图片库/科学图片库/盖蒂图片社

什么是新的 – 这项新工作颠覆了这一理论。 通过一系列实验和模拟,研究人员认为,在聚变反应堆中制造小的不稳定性可能会阻止更大的不稳定性。

未参与这项新研究的威廉玛丽学院等离子体物理学家 Saskia Mordijck 表示,虽然研究人员之前曾在实验室中操纵过微小的不稳定性,但它们以前并未被视为聚变反应堆的工具。

但最近的研究确实考虑了这种可能性。

Harrer 说,你可以将托卡马克比作一个装有沸水并盖上盖子的锅。 就像罐子的盖子随着压力的增加而嘎嘎作响一样,随着压力的增加,大型 ELM 也会撞击托卡马克。

但是科学家可以提供压力释放,就像你可以倾斜锅盖以释放蒸汽一样:如果托卡马克受到许多小压力的冲击,它可能会受到较小的损坏。

这种策略每秒会产生数千个小的不稳定性。 目前还不清楚这些小爆发是否有助于保护托卡马克,但“我们有充分的理由认为它们的危害要小得多,”哈勒说。

这种爆发在更大的区域和更长的时间内散发热量,这有望使托卡马克内部免于显着融化。 此外,他补充说,这种方法不应显着改变聚变反应堆的效率。

这一新策略将在英国的联合欧洲环面进行测试。莱昂尼尔/盖蒂图片社新闻/盖蒂图片社

为什么重要—— 这项技术可以应用于国际热核实验反应堆(ITER)项目等反应堆,该项目旨在创建世界上第一个核聚变工厂。

ITER 目前正在法国南部建设。 当它启动并运行时,它可以产生 10 倍于科学家投入的能量。

下一步是什么 – Harrer 表示,未来的研究将在世界上最大的托卡马克装置——英国的联合欧洲环面 (JET) 上测试这一策略。 JET 目前正在进行的实验可能有助于为国际热核实验反应堆铺平道路。

“预测聚变反应堆在这一点上的表现是一项挑战,”莫迪克说。 “由于多种原因,众所周知,作者正在研究的区域是一个挑战,而这将是聚变反应堆中变化最大的区域。”

总而言之,这项新工作“只是一个非常复杂的问题中的一小块拼图,”Harrer 警告说。 “到目前为止,人们不应该期望在 2050 年代之前从聚变反应堆获得电力。”


#受控的混乱可能是无限清洁能源的关键

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

伊朗登山者不戴头巾参赛在德黑兰受到群众欢迎 Previous post 科学家在俄罗斯洞穴中发现了第一个已知的尼安德特人家族
cylinder with spikes sticking out Next post 有 30 年历史的 NASA 航天器上的数据记录器故障可能会结束磁场任务