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中美研究合作：核聚變實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)兩方面關(guān)鍵技術(shù)突破

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2024-04-30 07:33:35 字號(hào)：A- A A+ 來源：新華社

美國和中國研究人員近日在英國《自然》雜志上發(fā)表論文說，他們?cè)谕锌R克核聚變實(shí)驗(yàn)中取得突破性進(jìn)展，不僅提高了等離子體密度上限，同時(shí)可使等離子體保持高約束模式的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。新研究將受控核聚變技術(shù)向著商業(yè)化方向又推進(jìn)一步，但能否推廣到更大規(guī)模的設(shè)備上仍有待驗(yàn)證。

受控核聚變技術(shù)有望為人類提供近乎無限的清潔能源，幫助人類擺脫對(duì)化石燃料的依賴。托卡馬克反應(yīng)堆是一種利用磁約束來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形裝置，被認(rèn)為是利用核聚變發(fā)電的反應(yīng)堆中最有前景的設(shè)計(jì)之一。在托卡馬克反應(yīng)堆內(nèi)，氫的同位素氘和氚被加熱到超高溫度以產(chǎn)生等離子體，強(qiáng)磁場(chǎng)將高溫等離子體約束在環(huán)形管道中，使其發(fā)生聚變反應(yīng)。

英國《新科學(xué)家》雜志報(bào)道說，通常認(rèn)為，在托卡馬克核聚變反應(yīng)中存在一個(gè)等離子體密度臨界點(diǎn)，即“格林沃爾德極限”。實(shí)驗(yàn)表明，增加等離子體的密度可以提高能量產(chǎn)出。然而當(dāng)?shù)入x子體密度達(dá)到“格林沃爾德極限”后將無法進(jìn)一步提升，否則等離子體就會(huì)逃脫磁場(chǎng)約束，造成反應(yīng)堆損壞。

在最新研究中，美國通用原子公司、勞倫斯利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院等離子體物理研究所等機(jī)構(gòu)參與的團(tuán)隊(duì)成功讓美國杜布萊特III-D托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置在等離子體平均密度比“格林沃爾德極限”提高20%的情況下，穩(wěn)定運(yùn)行了2.2秒；同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了能量約束水平比標(biāo)準(zhǔn)的高約束模式高出約50%。

據(jù)報(bào)道，研究人員嘗試將已有的不同方法結(jié)合起來，創(chuàng)造出一種新的運(yùn)行機(jī)制。他們通過提高“甜甜圈”形狀等離子體的核心部位密度來增加能量輸出，同時(shí)允許等離子體密度在靠近安全殼的邊緣下降，從而避免等離子體逃逸。他們還向等離子體中注入氘氣，以平息特定部位的反應(yīng)。

研究人員指出，該運(yùn)行機(jī)制可以支持世界上現(xiàn)有核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中的一些關(guān)鍵要求，并為生產(chǎn)具有經(jīng)濟(jì)吸引力的聚變能源開辟了一條潛在途徑。

（記者郭爽）
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