2019年7月3
铍是一种坚硬的银色金属，多年来一直用于宇宙飞船和x光机。最近，金属有了一个新的角色，那就是提取驱使恒星和太阳到达地球的能量。铍是为证明核聚变动力的可行性而正在法国建设的国际核聚变反应堆(I亚博网站下载TER)中用于墙壁的两种关键材料之一。
PPPL物理学家罗伯特·伦斯福德(左)和拉杰什·麦吉(右)。(图片来源:艾丽·斯塔克曼)
来自美国能源部的物理学家普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)和通用原子公司最近已经确定，向ITER注入微小的铍颗粒可以帮助稳定聚变反应的等离子体。
实验和计算机模拟显示，注入的颗粒有助于形成等离子体的条件，从而激活被称为边缘局部模式(ELMs)的小爆发。如果经常被激活，这些微小的ELMs就能防止大规模的喷发，从而阻止核聚变反应并破坏ITER设施。
研究人员的目标是在全球范围内模拟地球上的核聚变，为发电提供几乎取之不尽的动力。这个过程需要等离子体，一种由自由漂浮的电子和原子核或离子组成的滚烫的汤。原子核的结合释放出难以置信的能量。
在目前的实验中，科学家们向位于圣地亚哥的美国能源部管理的DIII-D国家核聚变设施注入了锂、碳和碳化硼颗粒(这些轻金属具有铍的一些特性)。“这些轻金属是DIII-D中常用的材料，与铍有一亚博网站下载些共同的特性，”PPPL的物理学家罗伯特·伦斯福德说，他是报告结果的论文的主要作者核材料与能源亚博网站下载．
由于这三种金属的内部结构类似于铍，研究人员推断所有这些元素都会以类似的方式影响ITER等离子体。研究人员还利用磁场使DIII-D等离子体看起来像预计在ITER中发生的等离子体。
这是史无前例的实验。
这是第一次试图弄清楚这些杂质颗粒是如何进入ITER的，以及你是否能在温度，密度和压力上做出足够的改变来触发ELM。事实上，这些元素的颗粒注射技术看起来确实有用。
Rajesh Maingi，研究合著者，PPPL等离子体边缘研究负责人
如果是这样，注入可以最大限度地减少ITER中大型elm的危害。“自发发生的elm进入ITER第一层壁面的能量足以对壁面造成严重破坏。”朗斯福德说。“如果什么都不做，零部件的寿命就会短得令人无法接受，可能需要每几个月更换一次零部件。”
伦斯福德自己编写的一个程序揭示，向ITER等离子体的边缘注入直径为1.5毫米(牙签厚度)的铍颗粒，可以激活小型的elm。在这个尺寸下，足够数量的颗粒表面会蒸发或烧蚀，以允许铍进入等离子体中最能成功激活ELMs的位置。
接下来的步骤将是计算由杂质颗粒在ITER中引起的密度变化是否真的会像实验和模拟所显示的那样激活ELM。这项研究目前正在与ITER的国际专家合作进行中。
科学家们认为，注入铍颗粒只是众多工具中的一种，还包括使用外部磁铁和注入氘颗粒，来管理甜甜圈形状的托卡马克设施(如ITER)中的等离子体。
研究人员希望在目前世界上最大的托卡马克——英国联合欧洲环面(JET)上进行类似的实验，以验证他们的计算结果。朗斯福德说,“我们认为，要真正控制ELM问题，需要所有人一起使用各种不同的技术。”
美国能源部的科学办公室支持这项研究。亚博老虎机网登录