在兆電子伏範圍內,螺旋融合等離子體中,證明α粒子的約束能力

2019-07-30     博科園

一個核聚變研究小組成功地證明,在螺旋系統中,能量在兆電子伏(MeV)範圍內的高能離子在等離子體中具有優越的限制,這就保證了在螺旋反應堆中實現聚變能所需的阿爾法(α)粒子(氦離子)約束。高溫等離子體中的氘氚反應將在未來聚變反應堆中得到應用。聚變反應產生能量為3.5 MeV的粒子。粒子將能量轉移到等離子體中,這種粒子加熱維持聚變反應所需的等離子體高溫條件。

為了實現這種被稱為燃燒等離子體的等離子體,必須將兆電子伏(MeV)範圍內的高能離子嚴格限制在等離子體中。數值模擬結果表明,與托卡馬克系統相比,螺旋系統中等離子體中兆電子伏離子約束具有穩態運行的優點。

然而,兆電子伏離子約束的實驗結果尚未見報道。現在日本國家自然科學研究院(NINS)下屬的日本國家核聚變科學研究所(NIFS),在大型螺旋裝置(LHD)的氘操作中進行的MeV離子約束實驗,極大地推進了這項研究。

在氘等離子體中,氘-氘聚變反應產生1mev三價體(氚離子),在未來燃燒的等離子體中產生的阿爾法粒子也有類似行為。由NIFS助理教授小川國廣和Mitsutaka Isobe教授領導的課題組在LHD中進行了MeV triton約束實驗。被限制在等離子體中的三元與背景氘(氘離子)發生二次反應,並通過聚變反應釋放高能中子。課題組研製了高能中子選擇性測量探測器,用於評價兆電子伏離子約束性能,測量了不同磁場構型下的高能中子。當磁場軸向內偏移時,兆電子伏離子約束性能較好。

研究結果首次證明了螺旋系統中兆電子伏離子約束的概念,這進而有望揭示在螺旋反應堆中實現聚變能量所需的阿爾法粒子約束。理解高能粒子約束是實現聚變反應堆的關鍵問題之一。在螺旋器件中,利用三維磁場的柔性獲得更好約束是極壓約束研究的關鍵課題之一。利用氫等離子體運行過程中漏電現象的診斷方法,對大型螺旋裝置(LHD)中的極壓輸運進行了研究。通過LHD重水運行,利用新開發的綜合中子診斷學技術,為核心區EPs的約束提供信息。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/ie3dRWwB8g2yegNDchgS.html