2024-05-25 07:36 来源:本站编辑
普林斯顿大学(Princeton University)的一组物理学家和工程师建造了一个名为“造星器”(stellarator)的扭曲聚变反应堆,该反应堆使用永磁体,展示了一种建造强大机器的潜在经济高效方式。他们的实验被称为MUSE,依赖于3d打印和现成的部件。
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核聚变是为像太阳这样的恒星提供能量的反应,它通过合并原子产生巨大的能量(不要与核裂变混淆,核裂变通过分裂原子产生较少的能量)。核裂变是现代核反应堆的核心反应,为电网供电;科学家们还没有破解核聚变作为能源的密码。即使实现了这个长期追求的目标,扩展技术并使其具有商业可行性也是一个棘手的问题。
仿星器是一种含有高温等离子体的圆筒状装置,可以调节等离子体以促进聚变反应的条件。它们类似于托卡马克,一种运行核聚变反应的甜甜圈形状的装置。托卡马克依靠螺线管,这是一种携带电流的磁铁。MUSE则不同。
普林斯顿大学的物理学家Tony Qian说:“使用永磁体是一种全新的设计造星器的方法。”Tony Qian在《等离子体物理与核聚变杂志》上发表了两篇描述MUSE实验设计的论文。“这项技术使我们能够快速测试新的等离子体约束思想,并轻松构建新设备。”
永久磁铁不需要电流来产生磁场,可以现成购买。MUSE实验将这样的磁铁贴在一个3d打印的外壳上。
“我意识到,即使它们与其他磁体放在一起,稀土永磁体也可以产生并维持限制等离子体所需的磁场,从而发生聚变反应,”该大学等离子体物理实验室的研究科学家、MUSE项目的首席研究员迈克尔·扎恩斯托夫(Michael Zarnstorff)在一份新闻稿中说。“这就是使这项技术起作用的特性。”
去年,美国能源部劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)的科学家在核聚变反应中实现了收支平衡;也就是说,这个反应产生的能量大于它所需的能量。然而,这一荣誉忽略了引发反应所必需的“墙力”。换句话说,我们还有很长的路要走。
LLNL的突破是通过将强大的激光照射到原子球上完成的,这与在托卡马克和仿星器中发生的基于等离子体的聚变反应不同。对设备进行一些小的调整,比如在MUSE中使用永磁体或在KSTAR托卡马克中使用升级的钨转移器,使科学家更容易复制实验装置,并在高温下进行更长时间的实验。
综上所述,这些创新将使科学家们能够利用等离子体做更多的事情,并且可能——仅仅是可能——实现可使用和可扩展的聚变能的吹嘘目标。