这一关键发现标志着聚变反应堆进展的巨大飞跃

研究人员利用阿尔芬波来衰减托卡马克聚变装置中的失控电子，这对未来的聚变能源项目（包括法国的国际热核聚变实验堆）具有重大意义。

普林斯顿等离子体物理实验室张刘领导的科学家们（PPPL）揭示了一种有前途的方法来减轻托卡马克聚变装置中湍流造成的失控电子的损害。 这种方法的关键是利用独特的流派 等离子体 以 1970 年诺贝尔奖获得者天体物理学家汉斯·阿尔文 (Hans Alvén) 的名字命名的波。

人们早就知道阿尔文波会放松托卡马克反应堆中高能粒子的限制，使一些粒子逸出并降低环形装置的效率。 然而，张刘和通用原子公司、哥伦比亚大学和 PPPL 的研究人员的新发现在失控电子的情况下揭示了有用的结果。

大循环过程

科学家发现，这种松动可能会在高能电子变成雪崩损坏托卡马克组件之前将其散射或散射。 这个过程被认为是一个非常循环的过程：逃逸者造成了不稳定，从而产生了阿尔文波，从而阻止了雪崩的形成。

“这些发现为在灭活实验中直接观察阿尔文波提供了全面的解释，”PPPL 的研究员、详细介绍这些发现的论文的主要作者 Liu 说。 物理评论信。 “结果表明这些模式与失控电子的产生之间存在明显的联系。”

刘畅. 图片来源：艾丽·斯塔克曼

研究人员推导出了观察到的这些相互作用的回路的理论。 结果与在国家聚变设施 DIII-D 进行的实验中的逃逸者非常吻合，该设施是能源部托卡马克装置，由通用原子公司为科学办公室运营。 该理论的测试在位于橡树岭国家实验室的 Summit 超级计算机上也得到了证实。

PPPL 理论负责人 Felix Parra Diaz 表示：“张刘的研究表明，逃逸电子池的大小可以通过逃逸电子本身驱动的不稳定性来控制。” “他的研究非常令人兴奋，因为它可能导致托卡马克设计通过固有的不稳定性自然地减轻失控电子损伤。”

热淬火

湍流始于聚变反应所需的百万度温度急剧下降。 这些水滴被称为“热猝灭”，会引发类似于地震引发的山体滑坡的山体滑坡雪崩。 “控制湍流是托卡马克成功的一个重大挑战，”刘说。

聚变反应将轻元素以等离子体的形式结合起来——由自由电子和称为离子的原子核组成的热带电物质状态——释放出为太阳和恒星提供动力的大量能量。 因此，减轻湍流和失控电子的风险将为旨在重现该过程的托卡马克设施提供独特的好处。

因此，减轻湍流和失控电子的风险将为旨在重现该过程的托卡马克设施提供独特的好处。

核聚变能可以成为可持续能源的关键来源，补充可再生能源。 世界上最大的聚变实验ITER目前正在法国建造。 图片来源：国际热核聚变实验堆

新方法可能会对ITER项目的进展产生影响，ITER项目是一个正在法国建设的国际托卡马克装置，旨在展示聚变能的实际应用，并可能代表聚变发电厂发展的重要一步。

“我们的发现为制定新策略来减轻失控电子铺平了道路，”刘说。 目前，三个研究中心正在开展实验活动，旨在进一步开发令人惊叹的成果。