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核聚变的精度更高ALPACA 提高效率

酷似骆驼,就像 ALPACA 酷似 LLAMA(莱曼-阿尔法测量仪器)。(图片:pixabay/wagrati_photo)
酷似骆驼,就像 ALPACA 酷似 LLAMA(莱曼-阿尔法测量仪器)。(图片:pixabay/wagrati_photo)
通过精心设计的测量仪器,核聚变将变得更加可控。然而,所涉及的费用和相当简单的测量参数也表明,要实现经济可行性,还有很长的路要走。
Renewable Science

等离子体是最重要的组成部分。氢同位素必须处于第四种聚集状态,在这种状态下,原子核和电子完全分离。

只有这样,在大约 1 亿度的高温下才能引发核聚变。氦由此产生,它比初始材料更轻。失去的质量可以以能量的形式使用--大量的能量。

然而,要达到这种状态,首先需要更多的能量。要使其保持直立和稳定则更加困难。此外,要实现理想的聚变,条件必须尽可能理想。

正因为如此,普林斯顿等离子体物理实验室(Princeton Plasma Physics Laboratory)推出了一种名为 ALPACA 的新型诊断仪器,可用于收集加热氢的数据。

这将最终使实际测量中性氢原子和带电原子核及自由电子(即等离子体)的分布成为可能。

ALPACA 示意图(图片:PPPL)
ALPACA 示意图(图片:PPPL)

到目前为止,这种分布、温度和反应性只能通过计算来估计和确定。而 ALPACA 和第二台仪器 LLAMA 则可以利用莱曼阿尔法线首次准确地 "看到 "反应堆某些区域的等离子体浓度有多高。

天文学家通常利用这条光谱线来寻找宇宙的起源,当电子开始脱离原子核时,就可以准确地观测到这条光谱线。阿尔法线的波长为 121 纳米,属于紫外线范围。

目前正在对该装置进行测试,然后将在实验室的托卡马克中使用。如果能以更可控的方式产生等离子体,当然还能使其稳定下来,就很有可能显著提高核聚变反应的效率和持续时间。

核聚变仍然只能发生片刻,因为在任何情况下都不能让等离子体离开其容器。否则,它将烧毁沿途的一切。因此,知道哪里有大量的氢,从而能够控制核聚变是非常重要的。

最终,该技术还将用于法国南部的国际热核聚变实验堆。只是调试的日期还在星空中。不过,在实现这一目标的众多步骤中,似乎又迈出了一步。

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Mario Petzold, 2024-05- 3 (Update: 2024-08-15)