新型核融合控制設備有如磁軌砲,可快速射入粒子防止電漿失控

發佈日期: 2019 年 02 月 01 日 12:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

開發核融合技術並不容易,打造耐熱設備、提高電漿溫度與穩定電漿都是目前科學家想要攻克的難題,而最近美國能源部普林斯頓電漿物理實驗室(PPPL)研發出像是磁軌砲的電漿控制設備,可在電漿失控之前快速幫反應爐踩下煞車。

核融合該技術是將氫的兩種同位素氘、氚原子結合,形成一個較重的原子核與一個較輕的原子核,而若要進行核融合反應,得將物質的溫度提高使原子核和電子分開,進而形成電漿,最後科學家再利用強大的磁場來控制與封閉電漿。

為了要防止電漿破裂,PPPL 先前已做過諸多實驗,像是利用深度學習預測與分析電漿行為,希望可在發生電漿破裂前 30 毫秒(1 毫秒等於千分之一秒)進行干預;或是進一步探索電漿反應,避免磁力線結構重連形成磁島(magnetic islands)。

而 PPPL 此次則研發出全新的干預裝置:電磁粒子注入器(electromagnetic particle injector,EPI),該設備原理如同磁軌砲,以電磁力當動能、可在電漿破裂前將電磁粒子「sabot」射入電漿,其中該粒子運作方式就像散彈一樣,會在電漿中迅速擴散並重新分配電漿中的能量,減少電漿破裂對反應爐內部的影響。

新設備與過去的加壓氣體或是氣閥推進器相比,速度更快,也可以把粒子射入電漿中心,對於國際熱核融合實驗反應爐(ITER)等大型核融合設備來說大有裨益。

電漿破裂是核融合主要難題之一,得在 20 毫秒解決這個問題,理想狀況則是 10 毫秒,原先的氣體推進系統耗時約 30 毫秒,而根據 PPPL 模擬,若將 EPI 用於 ITER, 10 毫秒內就可達成任務。

目前團隊對 EPI 系統相當有信心,認為該設備可有效減緩電漿破裂對 ITER 的影響,並已規劃在 3 年內打造第二代與第三代 EPI,4 年後實際用於托卡馬克反應爐。

核融合為備受看好的未來能源技術,有望以安全且無排碳方式產生大量電力,可提供的能量遠遠超過現在的核分裂技術,目前各國科學家已攜手合作盼可將該技術商業化,讓人們有朝一日能享受零碳又龐大的電力。

(合作媒體:科技新報。首圖左側為 EIP 原型,來源:PPPL

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