失控電子的危害
“聚變反應堆通過(guò)將較輕的原子核融合成一個(gè)較重的原子核來(lái)提取巨大的能量，”洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗室(LANL)在新聞發(fā)布會(huì )上說(shuō)。
為了實(shí)現這一點(diǎn)，科學(xué)家們需要創(chuàng )造一個(gè)超熱的等離子體，這是一種電子從原子中剝離出來(lái)的物質(zhì)狀態(tài)，它的溫度超過(guò)1.5億攝氏度。“但是極端條件會(huì )滋生不穩定性，這種不穩定性的一個(gè)嚴重副產(chǎn)品就是失控電子，致使等離子體經(jīng)常試圖逃離反應堆。”LANL在新聞發(fā)布上會(huì )強調。
這些電子被加速到接近光速后能夠逃離限制它們的磁場(chǎng)，并與反應堆壁發(fā)生碰撞，碰撞可能會(huì )造成重大損害，導致需要進(jìn)行昂貴的停機維修，因此控制和減輕失控電子的影響是聚變反應堆設計和運行中的一個(gè)重要考慮因素。
LANL的聚變專(zhuān)家Michael Lively說(shuō)，“這不是隨著(zhù)時(shí)間推移而造成的損害，在極端情況下，光束甚至可以在堅固的鎢墻上打一個(gè)洞，損壞下面的冷卻機制。”為此他提出了解決這個(gè)問(wèn)題的方法，即使用“鎢霰彈槍”。
“鎢霰彈槍”的效果
鎢是自然界中熔點(diǎn)最高的金屬，其熔點(diǎn)為3422℃，這使得它能夠在極端熱負荷條件下保持穩定，它還具有良好的抗輻照性能，能承受高能粒子的轟擊，鎢因其卓越的強度和高熔點(diǎn)已經(jīng)被選為反應堆壁建設的關(guān)鍵組成部分。
“Michael Lively的鎢霰彈槍會(huì )向反應堆注入一束毫米大小的鎢顆粒，以攔截失控電子，”LANL解釋道。Michael Lively進(jìn)行的廣泛模擬顯示了鎢霰彈槍方法的有效性，注入的鎢顆粒有效地與失控電子發(fā)生碰撞，吸收它們的能量并將它們從破壞性軌跡上偏轉。結果表明，失控電子束在與鎢顆粒接觸后幾乎立即被中和。
“鎢吸收了8%的失控電子，而其余92%被反彈或散射出軌道，不再有損壞反應堆的風(fēng)險，”LANL斷言。
此外，模擬揭示鎢顆粒在反應堆中的停留時(shí)間比失控電子長(cháng)得多。Michael Lively發(fā)現失控電子在反應堆中的軌道時(shí)間僅為130納秒，而鎢顆粒的壽命為100,000納秒。這意味著(zhù)一次性注入鎢顆?？梢蕴峁Χ啻问Э仉娮邮录拈L(cháng)期保護，提高了這種方法的效率和實(shí)用性。
這項研究的下一階段內容是在實(shí)驗性聚變反應堆中測試鎢顆粒注入方法，如果這些測試證實(shí)了模擬結果，那么這項技術(shù)將可以集成到未來(lái)聚變反應堆設計中去，為更清潔、更可持續的能源未來(lái)鋪平道路。
“我們應該能夠在不造成部件損壞或停機進(jìn)行昂貴維修的情況下，來(lái)保護核聚變反應堆不受等離子體控制損失的影響，而且是在幾乎不產(chǎn)生任何經(jīng)濟影響的情況下做到這一點(diǎn)，”Michael Lively總結道。
