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德国Wendelstein 7-X聚变反应堆创下新纪录 持续时间破百秒

来源:cnBeta.COM   更新时间:2018-11-28 14:09:16    

  与重核裂变相比,被称作“人造太阳”的氢聚变反应有着更多的优点,但相关研究一直面临着巨大的技术挑战。好消息,位于德国的Wendelstein 7-X聚变反应堆,正在向着破纪录的目标前进。经过一系列的升级,科学家们在研究报告中称,该实验装置已经达到了此类装置的最高能量密度、以及最长的等离子体放电时间。


Wendelstein 7-X核反应堆的扭膛(IPP,Jan Michael Hosan)

  简而言之,我们距离寻求清洁聚变能源的目标又近了一步。与其它实验性核聚变反应堆一样,有朝一日,Wendelstein 7-X之类的反应堆,将成为零排放发电厂的一部分。

  需要指出的是,利用磁场来保持等离子体流,并不是那么的容易——尤其在需要达到比太阳更热的温度时。

  一段时间以来,科学家们通过所谓的托卡马克聚变反应堆来追求这一点。这种聚变反应器是一种简单的装置,用于将等离子体流悬浮在腔室中,形成圆润的环状。

  作为对比,Wendelstein 7-X属于仿星器核反应堆,其采用了高度复杂的形式,借助了50个超导磁性线圈。

  通过将等离子体保持在‘经由不规则环路扭转和转向’的安全壳区域内(而不是圆环),该方案可防止等离子体流漂移到反应器的外壁而坍塌。


堆内产生了创纪录的氢等离子体(IPP, Wigner RCP)

  虽然早在1951年,普林斯顿大学就率先提出了仿星器的概念,但所需的计算被认为太过复杂。直到超级计算机的到来,学界才愉快地投入了这方面的研究。

  即便如此,作为全球最大、最复杂的仿星器,Wendelstein 7-X仍需15年才完成。

  马克斯普朗克等离子体物理研究所的科学家们,于2015年12月首次对其进行了研究。自那时起,研究已取得长足的进步。

  氦等离子体的初始闪光,只持续了1/10秒。几个月后的首次氢等离子体爆发,则持续了整整1/4秒。

  现在,该团队表示,在最新一轮的实验中,他们已经首次实现了超过100秒的长效等离子体,创下了此类仿星器的新纪录。


尽管初期耗费了上百万的安装工时,但该仿星器的工作仍在持续。(IPP)

  此外,借助新安装的组件(将快速的氢原子注入等离子体流中),实验还报告了前所未有的能量产出——等离子体密度高达2×1020个/立方米,足以满足未来的发电站需求。

  在等离子体能量首次超过1兆焦耳的同时,容器壁也没有变得太热。等离子体温度达到了2000万摄氏度(3600万华氏度),超过了太阳的1500万℃(2700万℉)。

  目前该仿星器项目仍在持续推进。2017年9月的时候,内壁被安装上了石墨瓦、以便实现更高的内部温度和更长的等离子体放电时间。不过现在,它们已被碳纤水冷元件取代。

  这将有助于团队实现其最新目标,即在Wendelstein 7-X的扭曲磁场中,将持续容纳超热等离子体超过30分钟。

  虽然这款高度精细的概念验证设备并不是为了实际出产能量而设计的,但若研究得以实现,它将提供令人信服的证据,证明仿星器这种核聚变设施可成为“环境可持续型能源组合”的一部分。

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