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科學家研製新型等離子體增加釋放能量 助攻核聚變

在科學家的努力下,我們離用之不盡的清潔能源又近了一步。科學家找到了一種生產等離子體燃料的新方法,由於其溫度夠高、密度夠大,可產生「大量」核聚變能量。雖然短期內仍無法通過核聚變為家庭和企業供能,但這種新型等離子體無疑是核聚變研究之路上的一座里程碑。

核聚變被視作一種取之不盡、用之不竭的能源。太陽產生能量的方式就是核聚變。在極端高溫、磁場和壓力作用下,較輕元素的原子核可融合在一起,形成更重的元素,並在該過程中釋放出能量。

工程師在特製的反應堆中複製這一反應過程,使氫原子合併為氦原子,並對該過程中釋放的清潔能量進行利用,減小對化石能源的依賴,為讓該反應得以進行,需要將等離子態的超熱氣體置於高壓之下,這樣才能將原子「擠」在一起,強迫它們發生反應。

如今,麻省理工的研究人員研製出了一種新型等離子體,可增加反應釋放的能量。在試驗中,這種新型等離子體使生成的微量離子能量達到了兆電子伏特(MeV)級別,比此前的實驗結果多出了一個數量級。

參與該研究的科學家之一約翰萊特博士指出:「這些能量與活躍的核聚變產物達到了同一範圍。如果能在不活躍的設備中(無需進行大量核聚變)製造出如此高能的離子,將對我們十分有利,因為這樣一來,我們就可以研究高能離子與核聚變產物相比有怎樣的表現,以及受控程度如何。」

在大多數反應堆中,等離子體由兩種離子構成:氚和氫,或者氚和氦-3,其中氚佔大多數,比例達95%。但科學家提出的新方法將離子種類增加到三種:氫離子、氚離子、以及微量氦-3離子。科學家將能量集中在氦-3上,由於該離子所佔密度較小,加熱后可獲得大量能量,使等離子體達到活躍核聚變產物的能量範圍。

在布魯塞爾等離子體物理實驗室的研究人員幫助下,科學家在麻省理工特製的托塔馬克Alcator C-Mod反應堆中對該等離子體進行了測試。結果取得了成功,從原理上證實該理論可行。歐洲聯合環狀反應堆(JET)的科學家也因此產生了興趣,想要重複測試結果。

萊特博士補充道:「歐洲聯合環狀反應堆的同行們很擅長識別高能粒子,因此他們可以對這些高能離子進行直接測定,證實它們確實存在。我們在兩大洲的兩台儀器上分別驗證了這項基本理論,最終寫成了一篇言之有力的論文。」

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