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科學(xué)家研制新型等離子體增加釋放能量 助攻核聚變

2017-08-28
關(guān)鍵詞: 核聚變 等離子 JET 高能粒子

       北京時(shí)間8月26日消息,據(jù)國外媒體報(bào)道,在科學(xué)家的努力下,我們離用之不盡的清潔能源又近了一步。

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科學(xué)家找到了一種生產(chǎn)等離子體燃料的新方法,可產(chǎn)生大量核聚變能量。圖為麻省理工特制的托塔馬克Alcator C-Mod反應(yīng)堆。

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在極端高溫、磁場和壓力作用下,較輕元素的原子核可融合在一起,形成更重的元素,并在該過程中釋放出能量。

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為讓該反應(yīng)得以進(jìn)行,需要將等離子態(tài)的超熱氣體置于高壓之下,這樣才能將原子“擠”在一起,強(qiáng)迫它們發(fā)生反應(yīng)。

  科學(xué)家找到了一種生產(chǎn)等離子體燃料的新方法,由于其溫度夠高、密度夠大,可產(chǎn)生“大量”核聚變能量。雖然短期內(nèi)仍無法通過核聚變?yōu)榧彝ズ推髽I(yè)供能,但這種新型等離子體無疑是核聚變研究之路上的一座里程碑。

  核聚變被視作一種取之不盡、用之不竭的能源。太陽產(chǎn)生能量的方式就是核聚變。在極端高溫、磁場和壓力作用下,較輕元素的原子核可融合在一起,形成更重的元素,并在該過程中釋放出能量。

  工程師在特制的反應(yīng)堆中復(fù)制這一反應(yīng)過程,使氫原子合并為氦原子,并對該過程中釋放的清潔能量進(jìn)行利用,減小對化石能源的依賴,為讓該反應(yīng)得以進(jìn)行,需要將等離子態(tài)的超熱氣體置于高壓之下,這樣才能將原子“擠”在一起,強(qiáng)迫它們發(fā)生反應(yīng)。

  如今,麻省理工的研究人員研制出了一種新型等離子體,可增加反應(yīng)釋放的能量。

  在試驗(yàn)中,這種新型等離子體使生成的微量離子能量達(dá)到了兆電子伏特(MeV)級(jí)別,比此前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果多出了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

  參與該研究的科學(xué)家之一約翰?萊特博士(Dr John Wright)指出:“這些能量與活躍的核聚變產(chǎn)物達(dá)到了同一范圍。如果能在不活躍的設(shè)備中(無需進(jìn)行大量核聚變)制造出如此高能的離子,將對我們十分有利,因?yàn)檫@樣一來,我們就可以研究高能離子與核聚變產(chǎn)物相比有怎樣的表現(xiàn),以及受控程度如何。”

  在大多數(shù)反應(yīng)堆中,等離子體由兩種離子構(gòu)成:氚和氫,或者氚和氦-3,其中氚占大多數(shù),比例達(dá)95%。但科學(xué)家提出的新方法將離子種類增加到三種:氫離子、氚離子、以及微量氦-3離子??茖W(xué)家將能量集中在氦-3上,由于該離子所占密度較小,加熱后可獲得大量能量,使等離子體達(dá)到活躍核聚變產(chǎn)物的能量范圍。

  在布魯塞爾等離子體物理實(shí)驗(yàn)室的研究人員幫助下,科學(xué)家在麻省理工特制的托塔馬克Alcator C-Mod反應(yīng)堆中對該等離子體進(jìn)行了測試。結(jié)果取得了成功,從原理上證實(shí)該理論可行。歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆(JET)的科學(xué)家也因此產(chǎn)生了興趣,想要重復(fù)測試結(jié)果。

  萊特博士補(bǔ)充道:“歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆的同行們很擅長識(shí)別高能粒子,因此他們可以對這些高能離子進(jìn)行直接測定,證實(shí)它們確實(shí)存在。我們在兩大洲的兩臺(tái)儀器上分別驗(yàn)證了這項(xiàng)基本理論,最終寫成了一篇言之有力的論文。”

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