作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2024/4/24 10:47:18
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紧凑型聚变反应堆电子温度破纪录

 

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FuZE(聚变Z箍缩实验)等离子体发出明亮的闪光。
图片来源:美国聚变能源技术公司Zap Energy

科技日报北京4月23日电 (记者张佳欣)据最新一期《物理评论快报》报道,美国聚变能源技术公司Zap Energy采用独特方法——剪切流Z箍缩,使核聚变温度远远超过了1000万摄氏度,而且该设备规模比其他聚变系统小得多。

1000万摄氏度(大致相当于太阳核心温度)是核聚变温度的一个里程碑。自人类首次产生聚变反应以来的90年里,只有少数技术能使聚变等离子体电子温度达到1000万摄氏度。

研究论文详细介绍了Zap Energy公司的聚变Z箍缩实验(FuZE)。对1—3keV(千电子伏特)等离子体电子温度进行测量,大致相当于1100万至3700万摄氏度。实验中,电子能够快速冷却等离子体,突破了聚变系统的关键障碍。研究人员认为,FuZE是目前实现可控核聚变的最简单、最小且成本最低的设备。

要产生核聚变首先是产生等离子体,再压缩加热由氘和氚(两种重氢)组成的等离子体使它们的原子核碰撞和聚变。这种聚变反应释放的能量比燃烧相同数量的煤炭要大1000万倍,但主要难题之一是使启动聚变反应所需的输入能量小于其输出能量。

Zap Energy公司的技术基于一种称为Z箍缩的简单等离子体约束方案。其中,大电流通过一根细小的等离子体丝输送。导电等离子体产生自己的电磁场,从而进行加热和压缩。Z箍缩方法从20世纪50年代就已存在,主要障碍是其等离子体寿命太短。此次,该公司在等离子体中应用了被称为“剪切流稳定”的过程,解决了这一难题。测量结果表明,聚变等离子体处于正常的热平衡状态。

新技术不需要昂贵且复杂的超导磁体或强大的激光器。与其他设备相比,Zap技术的成本更低,建造速度更快,而且能够快速迭代,生产出更廉价的热核聚变中子。

 
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