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地球上的太阳大突破!德国核融合反应器证实可行

2020-06-27 09:38| 发布者: G墅生活| 查看: 131| 评论: {php} echo

地球上的太阳大突破!德国核融合反应器证实可行磁面上的力线实验观测  

德国的大型核融合装置初步测试有效。去年年底,德国首度启用了一座 大型核融合仿星器,并且成功容纳一颗旋转的高温氦电浆球。不过重点在于,这台机器是否按照计划一般运作?因为如果有一天真的要用这台机器做核融合反应炉时,机器的运转过程是否正常,可就相当重要。而现在,他们得到了肯定的答案。

地球上的太阳大突破!德国核融合反应器证实可行
REUTERS/Regis Duvignau

根据 EurekAlert 的报导,美国能源部门普林斯顿电浆物理实验室的物理学家 Sam Lazerson 加入德国科学家的团队,上週证实德国 Wendelstein 7-X核融合装置能产生与其设计相应的高品质、扭曲的 3D 磁场。

这项发现于 11/30 发表在 Nature Communications 期刊,里面提到误差在 1/100000 以下,也代表未来将仿星器应用到核融合反应炉的可行性大大提升。集结德国普朗克协会及美国 DOE 实验室、奥本大学及麻省理工学院、威斯康辛派迪逊大学、Xanthos Technologies 等机构协力打造的 W7-X,是现今最複杂的仿星器。

研究人员在 Nature Communications 期刊 文章 中的结论提到,这次的核融合装置精确度之高,前所未见。「超强磁场」乍听之下不怎幺吸引人,但这在核融合反应上相当关键,因为反应产生的一大团热电浆就是要靠磁场来限制住。

梦幻能源核融合:製造一颗小型太阳

根据 Science Alert,核融合是备受瞩目的乾净能源之一,与现在核能发电所应用的核分裂不同,核融合是在摄氏 1 亿的极高温下运行,产生能量的原理就如同太阳等恆星一样,效率极高又不会产生如核分裂一般的放射性废弃物,可望像太阳一样产生近乎人类取之不尽的能源。然而核融合反应条件严苛,科学家已经努力超过 60 年,目前距离核融合发电的目标还遥遥无期。

不过现在世界各地已有许多科学家在尝试打造稳定的核融合反应装置, W7-X 可说是最有希望的一个,仿星器架构用扭曲后变成 3D 的磁场取代托马克反应器 2D 的磁场。一般常见的托马克核融合反应器,需要靠电流来帮忙控制电浆,而仿星器的磁场让它不需要额外电流辅助,因此也更加稳定。

地球上的太阳大突破!德国核融合反应器证实可行氢电浆,

但以上都仅止于理论,儘管 W7-X 去年 12 月成功控制氦电浆,今年 2 月成功控制难度更高的氢电浆,却始终无法确定这是不是磁场正常运作的结果。为了精确地测量磁场,普朗克协会和 DOE 的研究人员发射一条电子束穿越磁场,并用萤光棒让这些沿着磁场产生的线条发光,产生了如同首图般的线条,证实了磁场运作符合预期。

地球上的太阳大突破!德国核融合反应器证实可行氦电浆,
核融合发电可行,但输入能源仍大于输出

然而 W7-X 本身并不打算用来发电,而是用来证实核融合的操作方法可行。这项计划于 2019 年就会使用氘,也就是真正的核融合发电原料来测试,到时候投入的能源将会比产生的能源还多。这个问题还有待日后其他的仿星器来改进。

儘管核融合发电不知何时才能成功,不过目前法国的托马克反应器 ITER,和德国的仿星器 W7-X 都能成功控制住电浆,让它有足够时间来进行核融合反应。现在就是等着看这两种机器,到底哪种最后会脱颖而出,成功让输出能源大于输入能源,并进一步应用于发电了。

源于于几何数学,指空间内,在连续变化下维持不变的性质。

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