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Elm入門實(shí)踐,elm

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要抑制托卡馬克核聚變裝置的ELM，可以考慮怎樣的方案？

Elm入門實(shí)踐,elm


太陽(yáng)等恒星聚變產(chǎn)生的能量，可以用“源源不斷”來(lái)形容 。如果人類有朝一日能夠掌握可控核聚變技術(shù)，那生活將變得無(wú)限美好 。問(wèn)題在于，聚變使用的等離子體，本質(zhì)上就是不穩(wěn)定的 。在大量噴發(fā)的情況下，還會(huì)損壞反應(yīng)容器 。好消息是，來(lái)自普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）的物理學(xué)家們，已經(jīng)找到了一種應(yīng)對(duì)“大爆發(fā)”的新方法 。
【圖自：General Atomics，via New Atlas】具體說(shuō)來(lái)是，通過(guò)注入微小的鈹粒子來(lái)觸發(fā)大量的“小火山”噴發(fā)，即可緩解核聚變等離子體的大爆發(fā) 。據(jù)悉，聚變與裂變的反應(yīng)基本上相反 。目前世界各地的核電廠，利用的都是裂變產(chǎn)生的能量 。在裂變發(fā)生的時(shí)候，原子會(huì)釋放出能量 。但聚變的時(shí)候，融合的原子核會(huì)釋放出更加清潔、安全、高效的能量 。
通常情況下，核聚變需要在被稱作托卡馬克的空心圓環(huán)狀反應(yīng)堆中進(jìn)行，里面充滿了與太陽(yáng)一樣熱的等離子體 。正如你所期望的那樣，要讓‘人造太陽(yáng)’維持聚變所需的強(qiáng)大壓強(qiáng)和溫度，是需要付出巨大努力的 。然而被稱作邊緣局域模（ELM）的噴發(fā)，可能對(duì)聚變反應(yīng)堆的壁壘造成損壞，不僅降低了安全性、還需要頻繁地更換部件 。【研究配圖 - 1：500μm 鋰顆粒的消融過(guò)程】鑒于 ELM 很難被消除，PPPL 研究人員轉(zhuǎn)念想到了可控抑制的路子 。
【Elm入門實(shí)踐,elm】團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)創(chuàng)建一系列小型的 ELM，可以防止更大、更具破壞性的 ELM 的產(chǎn)生 。這些較小的噴發(fā)可以通過(guò)定期將沸石顆粒注入沸騰的等離子體中來(lái)觸發(fā)，目前研究團(tuán)隊(duì)正在測(cè)試該技術(shù)是否適用于當(dāng)前正在法國(guó)制造的托卡馬克裝置（ITER） ?！狙芯颗鋱D - 2：多種顆粒注入，雜質(zhì)濃度，2.5 到 4.5 s】計(jì)算機(jī)模擬顯示，厚度 1.5 毫米左右的鈹顆粒，能夠有效地深入到等離子體中、并觸發(fā) ELM。
之后，研究團(tuán)隊(duì)在位于圣迭戈的國(guó)家聚變裝置（DIII-D）上進(jìn)行了物理實(shí)驗(yàn)（同為托卡馬克） 。研究人員借助與 ITER 相同的磁場(chǎng)方式來(lái)約束等離子體，并注入了碳、鋰、碳化硼顆粒 。這些顆粒均為輕金屬，具有與鈹相似的特性，首批實(shí)驗(yàn)的結(jié)果似乎相當(dāng)成功 ?！狙芯颗鋱D - 3：600μm 碳顆粒的變化模擬】研究合著者 Rajesh Maingi 表示：“這是我們首次嘗試弄清楚這些雜質(zhì)顆粒是如何深入 ITER，并在特定的溫度、密度、壓強(qiáng)條件下作出改變，以觸發(fā) ELM ” 。
團(tuán)隊(duì)表示，鈹顆粒有望成為諸多托卡馬克裝置最理想的等離子管理工具，其它工具包括外部磁鐵和氘顆粒注射 。下一步，他們將嘗試在英國(guó) JET 等托卡馬克裝置上展開(kāi)測(cè)試 。有關(guān)這項(xiàng)研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《核材料與能源》（Nuclear Materials and Energy）期刊上 。_原題為為：《Supplemental ELM control in ITER through beryllium granule injection》 。

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