簡單添加硼粉,能讓托卡馬克核融合裝置更安全穩定

作者 | 發布日期 2019 年 12 月 30 日 18:26 | 分類 尖端科技 , 材料 , 核能 Telegram share ! follow us in feedly


核融合是太陽及宇宙中所有恆星能量的來源,穩定時幾乎可無限提供能量,因此科學家一直嘗試在地球上複製核融合反應,希望能獲取用之不竭的電力供應。最近科學家找到一種能讓核融合實驗裝置「托卡馬克」更加穩定的方法──只需要往電漿中添入惰性硼粉。

托卡馬克(Tokamak,又稱環磁機)是目前受控核融合中被研究最多的裝置之一,它看起來像個超巨大甜甜圈,利用外部纏繞的龐大線圈產生之磁場約束電漿(完全電離的氣體)、並盡可能使其與外界隔熱,然後透過中性束、離子迴旋共振、電子迴旋共振等各種方式將電漿加熱至上億度,進而產生龐大能量。

然而托卡馬克技術目前最大的問題,在於電漿可能與托卡馬克內牆的鎢元素混合導致冷卻,不只降低核融合效率,對反應爐本身來說也是危險因子。雖然硼塗層有助於保持電漿處於穩定反應狀態,但現有方法依然不安全,科學家需先停止托卡馬克裝置,然後引入有毒的乙硼烷氣體(由硼和易爆的氫氣製成),且這段過程所有人都必須遠離設備。

現在,普林斯頓大學電漿物理實驗室(PPPL)團隊找到了更安全的解決方法──硼粉粉末。研究人員表示,由於硼粉是惰性的,即不容易與其他物質發生反應,所以能在托卡馬克裝置運作的同時混入電漿中,幫助維持裝置內的溫度、讓電漿保持穩定並避免電漿擦刮裝置內側管壁。

在團隊實驗中,確認硼粉能幫助科學家開發更受控的低密度電漿,這能透過磁脈衝抑制電漿的不穩定性,對於需要長時間維持運轉的核融合反應裝置來說相當重要;與當前具有潛在爆炸危險的乙硼烷氣體相比,粉末更安全、成本也更低。

(首圖為國際熱核融合實驗反應爐,來源:IRSN

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