KSTAR 圖片來(lái)源：韓國能源技術(shù)研究院
大多數科學(xué)家認為可行的核聚變反應仍需數十年的發(fā)展。但關(guān)于核聚變的認識和成果都在不斷增加。
現在，韓國首爾國立大學(xué)的Yong Su Na和同事，在一個(gè)核聚變反應堆中，使核聚變反應在超過(guò)1億攝氏度的溫度下穩定持續了30秒。相關(guān)研究9月7日發(fā)表于《自然》。
2021年的一項實(shí)驗產(chǎn)生了足以自我維持的核聚變反應能量，商業(yè)反應堆概念設計也正在起草當中。與此同時(shí)，國際熱核聚變實(shí)驗堆計劃(ITER)的工作仍在推進(jìn)。
在新的研究中，雖然其持續時(shí)間和溫度并未破紀錄，但在達到所需熱量的同時(shí)保持穩定，使人們離可行的聚變反應堆更近了一步，當然前提是所使用的技術(shù)能夠擴大規模。
在實(shí)現上述反應的過(guò)程中，對等離子體的控制至關(guān)重要。一旦等離子體接觸到反應器壁就會(huì )迅速冷卻，在抑制反應的同時(shí)損壞腔室。
研究人員通常使用各種形狀的磁場(chǎng)來(lái)容納等離子體。有些人使用邊緣傳輸屏障(ETB)，在靠近反應堆壁的地方用壓力塑造出一個(gè)“陡坡”，阻止熱量和等離子體逸出。還有人通過(guò)內部傳輸屏障(ITB)在等離子體中心附近產(chǎn)生更高的壓力。但兩者都會(huì )造成反應的不穩定。
大多數方法為了增加反應堆產(chǎn)生的能量，會(huì )使等離子體非常熱、致密，或者增加對等離子體的限制時(shí)間。而Na團隊在韓國超導托卡馬克核聚變裝置(KSTAR)上使用了改進(jìn)的ITB技術(shù)，實(shí)現了更低的等離子體密度。他們的方法似乎提高了核心等離子體溫度，降低了邊緣等離子體溫度，這可能有助于延長(cháng)反應堆部件的壽命。
Na指出，低密度是關(guān)鍵，而等離子體核心的“快速”或能量更高的離子——所謂的快離子調節增強(FIRE)，則是維持反應穩定性的關(guān)鍵。但該團隊還沒(méi)有完全厘清其中的機制。
由于硬件的限制，反應在30秒后停止，未來(lái)可能維持更長(cháng)時(shí)間。KSTAR現在已經(jīng)關(guān)閉進(jìn)行升級，反應堆壁上的碳將被鎢取代，Na表示這將提高實(shí)驗的可重復性。
“Na的團隊發(fā)現，對等離子體的密度限制低一些不一定是件壞事，因為可以被核心更高的溫度所補償。”英國倫敦帝國理工學(xué)院的Dominic Power說(shuō)，但該方法能否適用于規模更大的設備、項目，如ITER，還存在很大的不確定性。(徐銳)
相關(guān)論文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1
責任編輯： 李穎
