极化燃料:持续核聚变新选项

持续核聚变之旅似乎永无止境,但一些物理家认为,有希望的前进步骤可以以`极化燃料'形式出现。Ralf Engels博士在德国Jülish/GSI达姆施塔特研究中心研究中与极化实验和堆协作的同事一道,确定了努力实现这些先进燃料所面临的三大挑战。通过未来一系列实验 团队最终希望 带出几乎无限的能源 更接近现实

核心持续核聚变思想 环绕爱因斯坦在其最有名方程中 先描述的原则E=mc2.关系显示,如果核响应产值小于响应器, 能量会释放过程由于驱动原子核分解的力量,这些反应需要巨量能量启动-但在理论上,一旦启动,释放的能量就足以触发更多反应,允许过程自保

自然持续聚变发生于恒星核心中 极端温度和压力为氢核物理家也为重创地球持续聚变 做了大量努力 以收割它产生的巨大能量

研究者开发了一个空心圆形设备 命名为tokamak, 使用强磁场限制热等离子虽经数十年深入研究 等离子仍然无法有效受限 触发持续聚变结果,目标似乎仍然固执地遥不可及

介绍:极化燃料
为了克服这一巨大的挑战,一些研究者提出了方法提高tokamak等离子体内聚变响应率-他们希望这可能导致远不那么严格的禁闭要求一种大有希望的方法涉及粒子量属性命名为spin,这是一个微小磁场点向单向

系统内多粒子旋转向同方向对齐时,这些粒子据说是`极化'Ralf Engels博士在德国Jülish研究中心解释道,由Maurice Goldhaber于20世纪60年代首次讨论的古老思想表示我们可以通过微粒极化提高核聚变效率,

在本案中,燃料可装有二元和二元-重同位素氢,核内分别装有一和二元外中子并拥有二分一和二分之一和二分之一和二分之一和二分之一和二分之一和二或3³内含2质子和1中子的同位素粒子可以不同方式发生聚变反应:或介于粒子二维间,或介于粒子二维间,或介于粒子二维间³汉城相形之下,这些反应产生不稳定中间同位素5和5两种变换成稳定的核 并释放质子或中子

Goldhaber计算发现D+T和D+³万一所有核分极化,他的反应可提高50%效率同时,它们的能源输出量将增加更多-因为等离子体中核响应量增加加热这是因为中间同位素-每个旋转3/2-当反应核对齐时更容易形成1971年,这个思想被实验证明 — — 但由于当时技术可用,它并没有提供通向持久核聚变的现实路径。

识别挑战
最近,理论显示二极化燃料如何能够在tokamak聚变堆内实际实现研究者通过建立粒子旋转控件可转而控制反应产品的轨迹-允许他们将粒子聚焦到tokamak墙上的具体区域上这不仅允许提高节能方式并允许tokamak在较长生命周期内继续运行,大大降低成本

Goldhaber发现,如果所有核分极化,聚变响应会提高50%效率

双极化燃料总思想极有希望,但Engels博士及其同事已经确定了三大问题的可行性。第一,我们如何生产足够极化燃料产生持续反应,应如何储存?第二,两极化能否在聚变等离子体极端条件中生存最后, 如何物理测量二极化核间D+D反应的尚未知概率Engels博士及其PREFER协作的同事通过他们的研究,力求逐个解决其中的每一个问题。

生产和存储
大规模极化燃料生产的一个主要屏障产生,因为本身即放射性这一点特别不方便,因为D-T分子(内含原子/D-T)是核聚变过程的理想燃料Engels博士解释道,H-D分子完全训练场-因为氢核和核都旋转1⁄2

结果H和T旋转以完全相同方式与udium旋转,让物理家精确测试D-T聚变过程如何展开Engels博士团队使用极化原子波束源生成分极化H-D分子并分各种旋转简便地说,过程所涉技术允许研究人员对分子旋转建立严格控制,确保分子极化

存储气态分子 PREFER团队 下一步冷面冷冻收集到足够的冰块后可转换成等离子体-研究者可用它为tokamak堆加燃料几秒希望这些努力能为未来D-T分子实验提供可靠基础-一旦技术建立并大量生成

Assessing polarization survival
极化燃料概念引起的另一个关注点是takmak等离子粒子旋转将随时间随机取向-触发极化损耗幸运的是,现有证据表明,这种损失实际上可能不会构成过大挑战。

Engels博士表示:「多位专家乐观地说,强磁场帮助维护核极化-激光诱导聚变过程可能太快无法让燃料分极化

PREFER协作测试3分治-该分治程序可以通过名为'激光泵'过程在实验中生成同位素分极化后,再运至德国达姆施塔特重离子研究中心GSI Helmholtz激光设施

双极化燃料总思想极有希望,但Engels博士及其同事已经确定了三大问题的可行性。

粒子接触极强花生激光脱光外电子并加速高速重建激光诱导聚变等离子体所经历的极端条件最后,研究人员测量两极分化保留的程度团队在证明极分化燃料能力方面可以跨出关键一步。

测量反应剖面
物理家可以测量批量命名为“跨段”-描述圆形区间两个移动粒子交叉交互作用的范围然而,在这种情况下,两极化和3交互作用的剖面是实验性测定的,对D+T反应而言,至少在理论上是完全理解的。D+D反应通常用于科学聚变堆,但在理论上没有描述极化核

然而,这又是一个挑战Engels博士解释道,直接测量法使用前 需要直接测量

为此,PREFER团队正准备在俄罗斯圣彼得堡彼得堡核物理学院进行实验产生低能束二极分治, 由ABS生成极化原子束交叉通过检测分析聚变结果 研究者期望实验重构反射剖面反过来,这些努力可引出关键理论深入了解核交互作用如何在极化燃料内发生

向持续聚变新步骤
目前,实现持续核聚变目标似乎仍持续数十年之久通过Engels博士及其PREFER协作的同事的努力,分极化燃料的潜力从几十年理论发展到实验性研究领域,团队希望这个领域能在不远的将来产生有希望结果。

学习更多燃料生产和存储知识 极端等离子体内极分化生存 核心间交叉交互作用 研究者最终希望所收集的洞察力 启发新一代聚变堆实验