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科學家研制新型等離子體增加釋放能量 助攻核聚變

2017-08-28

       北京時間8月26日消息,據國外媒體報道,在科學家的努力下,我們離用之不盡的清潔能源又近了一步。

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科學家找到了一種生產等離子體燃料的新方法,可產生大量核聚變能量。圖為麻省理工特制的托塔馬克Alcator C-Mod反應堆。

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在極端高溫、磁場和壓力作用下,較輕元素的原子核可融合在一起,形成更重的元素,并在該過程中釋放出能量。

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為讓該反應得以進行,需要將等離子態的超熱氣體置于高壓之下,這樣才能將原子“擠”在一起,強迫它們發生反應。

  科學家找到了一種生產等離子體燃料的新方法,由于其溫度夠高、密度夠大,可產生“大量”核聚變能量。雖然短期內仍無法通過核聚變為家庭和企業供能,但這種新型等離子體無疑是核聚變研究之路上的一座里程碑。

  核聚變被視作一種取之不盡、用之不竭的能源。太陽產生能量的方式就是核聚變。在極端高溫、磁場和壓力作用下,較輕元素的原子核可融合在一起,形成更重的元素,并在該過程中釋放出能量。

  工程師在特制的反應堆中復制這一反應過程,使氫原子合并為氦原子,并對該過程中釋放的清潔能量進行利用,減小對化石能源的依賴,為讓該反應得以進行,需要將等離子態的超熱氣體置于高壓之下,這樣才能將原子“擠”在一起,強迫它們發生反應。

  如今,麻省理工的研究人員研制出了一種新型等離子體,可增加反應釋放的能量。

  在試驗中,這種新型等離子體使生成的微量離子能量達到了兆電子伏特(MeV)級別,比此前的實驗結果多出了一個數量級。

  參與該研究的科學家之一約翰?萊特博士(Dr John Wright)指出:“這些能量與活躍的核聚變產物達到了同一范圍。如果能在不活躍的設備中(無需進行大量核聚變)制造出如此高能的離子,將對我們十分有利,因為這樣一來,我們就可以研究高能離子與核聚變產物相比有怎樣的表現,以及受控程度如何。”

  在大多數反應堆中,等離子體由兩種離子構成:氚和氫,或者氚和氦-3,其中氚占大多數,比例達95%。但科學家提出的新方法將離子種類增加到三種:氫離子、氚離子、以及微量氦-3離子。科學家將能量集中在氦-3上,由于該離子所占密度較小,加熱后可獲得大量能量,使等離子體達到活躍核聚變產物的能量范圍。

  在布魯塞爾等離子體物理實驗室的研究人員幫助下,科學家在麻省理工特制的托塔馬克Alcator C-Mod反應堆中對該等離子體進行了測試。結果取得了成功,從原理上證實該理論可行。歐洲聯合環狀反應堆(JET)的科學家也因此產生了興趣,想要重復測試結果。

  萊特博士補充道:“歐洲聯合環狀反應堆的同行們很擅長識別高能粒子,因此他們可以對這些高能離子進行直接測定,證實它們確實存在。我們在兩大洲的兩臺儀器上分別驗證了這項基本理論,最終寫成了一篇言之有力的論文。”

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