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韩国核聚变反应堆30秒达到1亿摄氏度

文章来源:中国科学报                   发布时间:2022-09-09
摘要:KSTAR 图片来源:韩国能源技术研究院大多数科学家认为可行的核聚变反应仍需数十年的发展。但关于核聚变的认识和成果都在不断增加。现在,韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事,在一个核聚变反应堆中

KSTAR 图片来源:韩国能源技术研究院

大多数科学家认为可行的核聚变反应仍需数十年的发展。但关于核聚变的认识和成果都在不断增加。

现在,韩国首尔国立大学的Yong Su Na和同事,在一个核聚变反应堆中,使核聚变反应在超过1亿摄氏度的温度下稳定持续了30秒。相关研究9月7日发表于《自然》。

2021年的一项实验产生了足以自我维持的核聚变反应能量,商业反应堆概念设计也正在起草当中。与此同时,国际热核聚变实验堆计划(ITER)的工作仍在推进。

在新的研究中,虽然其持续时间和温度并未破纪录,但在达到所需热量的同时保持稳定,使人们离可行的聚变反应堆更近了一步,当然前提是所使用的技术能够扩大规模。

在实现上述反应的过程中,对等离子体的控制至关重要。一旦等离子体接触到反应器壁就会迅速冷却,在抑制反应的同时损坏腔室。

研究人员通常使用各种形状的磁场来容纳等离子体。有些人使用边缘传输屏障(ETB),在靠近反应堆壁的地方用压力塑造出一个“陡坡”,阻止热量和等离子体逸出。还有人通过内部传输屏障(ITB)在等离子体中心附近产生更高的压力。但两者都会造成反应的不稳定。

大多数方法为了增加反应堆产生的能量,会使等离子体非常热、致密,或者增加对等离子体的限制时间。而Na团队在韩国超导托卡马克核聚变装置(KSTAR)上使用了改进的ITB技术,实现了更低的等离子体密度。他们的方法似乎提高了核心等离子体温度,降低了边缘等离子体温度,这可能有助于延长反应堆部件的寿命。

Na指出,低密度是关键,而等离子体核心的“快速”或能量更高的离子——所谓的快离子调节增强(FIRE),则是维持反应稳定性的关键。但该团队还没有完全厘清其中的机制。

由于硬件的限制,反应在30秒后停止,未来可能维持更长时间。KSTAR现在已经关闭进行升级,反应堆壁上的碳将被钨取代,Na表示这将提高实验的可重复性。

“Na的团队发现,对等离子体的密度限制低一些不一定是件坏事,因为可以被核心更高的温度所补偿。”英国伦敦帝国理工学院的Dominic Power说,但该方法能否适用于规模更大的设备、项目,如ITER,还存在很大的不确定性。(徐锐)

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1