为实现“受控核聚变”的雄心,磁惯性聚变实验即将开启!

为实现“受控核聚变”的雄心,磁惯性聚变实验即将开启!
2019年10月22日 10:33 新浪网 作者 博科园

洛斯阿拉莫斯国家实验室的等离子内衬实验(PLX)组装工作正在顺利进行,36支等离子枪中的18支正在运行中,这是一种实现受控核聚变的雄心勃勃方法(图2)。等离子枪安装在球形腔体上,向内发射电离气体的超音速射流,以压缩和加热作为聚变燃料的中心气体靶标。同时,用目前安装的等离子枪进行实验为创建碰撞等离子体射流模拟提供了基础数据,这对于理解和开发其他受控聚变方案至关重要。

为实现“受控核聚变”的雄心,磁惯性聚变实验即将开启!

大多数聚变实验要么采用磁约束(依靠强大的磁场来容纳聚变等离子体),要么采用惯性约束(利用热和压缩来创造聚变条件)。等离子内衬实验(PLX)机器结合了磁约束聚变方案(例如托卡马克)和惯性约束机器(如国家点火设施(NIF))的各个方面。虽然混合方法在技术上不如纯磁或惯性约束概念成熟,但它可能提供一条更便宜、更不复杂的聚变反应堆发展道路。像托卡马克一样,燃料等离子体被磁化,以帮助减轻粒子和热能的损失。

为实现“受控核聚变”的雄心,磁惯性聚变实验即将开启!

(博科园图示)超音速射流从7个等离子枪发射碰撞在PLX测试发射,除了调试机器之外,这些实验还提供了验证碰撞等离子体模型的数据,这些模型对天体物理学、航空学和各种受控聚变方案都很重要。图片:Los Alamos National Laboratory

像惯性约束机器一样,一个沉重的内爆外壳(等离子体衬里)快速压缩和加热燃料,以达到聚变条件。而不是NIF的高功率激光阵列驱动一个固体胶囊,等离子内衬实验(PLX)依赖于从等离子枪发射的超音速等离子射流。等离子内衬实验(PLX)还有一个额外优势:因为聚变燃料和衬里最初是作为气体注入,而且等离子枪位于相对远离内爆燃料的地方,所以机器可以快速发射,而不会损坏机器部件或需要更换昂贵的机械加工靶材。

为实现“受控核聚变”的雄心,磁惯性聚变实验即将开启!

该实验室实验物理小组的科学家塞缪尔·兰登多夫(Samuel Langendorf)博士说:我们今年将进行实验,研究安装了18支等离子枪的半球形衬垫的形成,也希望在2020年初完成其余18支等离子枪的安装,并在2020年底前进行全球形实验。这将使科学家能够测量衬垫冲压对停滞的比例以及衬垫均匀性,这是衡量衬垫性能的重要指标。在其部分完成的状态下,等离子内衬实验(PLX)的等离子枪在Tom Byvank博士正在进行关于碰撞等离子体的研究中被证明是有用的(图4)。

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(博科园图示)洛斯阿拉莫斯国家实验室将组成等离子体衬里实验的36个超音速等离子射流中的一半已经安装完毕。剩余的正在被安装,安装完后全球形等离子体衬里实验将在2020年底开始。图片:Los Alamos National Laboratory

不同的模型显示了涉及多个等离子体碰撞模拟的差异,对这些等离子体的实验观察有助于验证对理解天体物理学、空气动力学和各种等离子体聚变机中遇到的高能量密度、超音速等离子体非常重要的模拟,包括等离子内衬实验(PLX)磁惯性聚变方法,可能还包括像国家点火装置这样的惯性约束设计。

博科园|研究/来自:美国物理学会

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