Wendelstein 7-X聚變反應堆新進展:等離子體溫度達到太陽核心的兩倍

據媒體報導,Wendelstein 7-X恆星是一個實驗性的核聚變反應堆,旨在讓我們更接近清潔、無限能源的前景。自2015年生產出第一個等離子體以來,我們看到它朝著這個目標邁出了穩定而重要的一步。物理學家剛剛證實了另一項「重大進展」,該反應堆的等離子體溫度是太陽核心的兩倍,這是解決設計中固有能量損失的努力的結果。

Wendelstein 7-X聚變反應堆新進展:等離子體溫度達到太陽核心的兩倍

恆星反應堆跟更常見的、對稱的環形托卡馬克聚變反應堆不同,它們是充滿曲折和轉折的、極其復雜的結構。就像所有的核聚變反應堆一樣,其目標是通過將等離子流置於極端的溫度和壓力下迫使原子碰撞和聚變在一起進而產生巨大的能量以重現太陽內部的過程。

Wendelstein 7-X聚變反應堆新進展:等離子體溫度達到太陽核心的兩倍

Wendelstein 7-X反應堆非常復雜,需要超級計算機來設計。當它繞著一個扭曲和旋轉的圓形腔圈時,它使用一系列的50個超導磁線圈來固定等離子體。2018年,該項目的物理學家們為這種類型的聚變反應堆創造了能量密度和等離子體約束的新記錄。

這些實驗還實現了等離子體被加熱到2000萬攝氏度–輕松超過太陽1500萬攝氏度(2700萬華氏度)的溫度。但事實證明,Wendelstein 7-X可能註定要承受更高的溫度。

Wendelstein 7-X聚變反應堆新進展:等離子體溫度達到太陽核心的兩倍

工程師們在設計Wendelstein 7-X時著手解決一個比托卡馬克更困擾經典恆星設計的問題,即一種被稱為「新古典傳輸」的熱損失。這是由於加熱的粒子之間的碰撞將一些粒子撞出軌道,導致它們從磁場中向外漂移。Wendelstein 7-X的磁場籠經過了非常仔細的優化進而防止這些類型的損耗。

為了確定這個精心的計劃是否成功,來自馬克斯·普朗克等離子體物理研究所和普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家們對這顆恆星的破紀錄實驗進行了詳細的新分析。這項分析集中在X射線成像晶體光譜儀收集的診斷數據上,其顯示了新古典輸運的急劇減少。

PPPL物理學家Novimir Pablant說道:「這表明優化後的W7-X形狀減少了新古典輸運,這對於W7-X實驗中看到的性能是必要的。這是一種展示優化有多重要的方式。」

這一性能是通過目前可用的「適度加熱功率」實現的,科學家們表示,分析表明,Wendelstein 7-X能限制熱量從而使其在未來達到太陽核心溫度的兩倍。但在研究核聚變的過程中,除了應對高溫之外,還有很多問題需要解決,包括解決其他形式的熱損失。進一步的實驗計劃在2022年進行,其中將包括一個新的水冷卻系統設計,該設計可以便於進行更長時間的實驗。

Pablant說道:「這種設計成功了,這對核聚變來說真是令人興奮的消息。這清楚地表明,這種優化是可以做到的。」

來源:cnBeta