能源部(DOE)的普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)正在與私營企業(yè)合作進行旨在實現(xiàn)商業(yè)聚變能的尖端聚變研究。這項工作是通過公私DOE贈款計劃實現(xiàn)的，支持了開發(fā)高性能聚變級等離子體的努力。在一個這樣的項目中，PPPL正在與麻省理工學院的等離子體科學與融合中心(PSFC)和英聯(lián)邦融合系統(tǒng)合作，這是從麻省理工學院分離出來的一家新興公司，正在開發(fā)一種稱為“ SPARC”的托卡馬克融合裝置。

該項目的目標是在給定約束等離子體的超導磁體的尺寸和潛在的未對準的情況下，預測在SPARC的聚變反應過程中產(chǎn)生的快速“α”粒子的泄漏。這些粒子會產(chǎn)生大量自熱或“燃燒的等離子體”，從而促進聚變反應。燃燒等離子體的發(fā)展是聚變能研究的主要科學目標。但是，α粒子的泄漏會減慢或停止聚變能的產(chǎn)生，并損壞SPARC設施的內部。

新型超導磁體

SPARC機器的主要特點包括其緊湊的尺寸和強大的磁場，這是由于新型超導磁體能夠在比現(xiàn)有超導磁體更高的磁場和應力下運行而實現(xiàn)的。這些功能將使設計和建造更小，更便宜的聚變設施成為可能，正如SPARC團隊在最近的出版物中所描述的那樣-假設聚變反應中產(chǎn)生的快速α粒子可以被包含足夠長的時間，以保持等離子體熱。

通過能源部聚變能源創(chuàng)新網(wǎng)絡(INFUSE)計劃參加該項目的PPPL物理學家Gerrit Kramer說：“我們的研究表明它們可以實現(xiàn)。” 這項為期兩年的計劃由PPPL物理學家艾哈邁德·迪亞洛(Ahmed Diallo)擔任副主任，旨在通過與國家實驗室的合作來加速聚變能的私營部門發(fā)展。

密密麻麻的

《等離子體物理學》雜志的合著者克萊默說：“我們發(fā)現(xiàn)，α粒子確實在SPARC設計中得到了很好的限制。” 他與主要作者史蒂文·斯科特(Steven Scott)緊密合作，史蒂文·斯科特(Steven Scott)是英聯(lián)邦融合系統(tǒng)顧問和PPPL的前長期物理學家。

克萊默使用PPPL開發(fā)的SPIRAL計算機代碼來驗證顆粒限制?？巳R默說：“該代碼模擬了磁場中的波狀圖案或波紋，該波狀圖案或波紋可以允許快速粒子逃逸，顯示出良好的密封性，并且對SPARC壁沒有損壞。” 此外，他補充說：“ SPIRAL代碼與芬蘭的ASCOT代碼非常吻合。盡管這兩個代碼完全不同，但結果卻是相似的。”

這一發(fā)現(xiàn)使斯科特感到高興。他說：“很高興看到我們對波紋引起的損耗的理解得到了計算驗證，因為我早在1980年代初期就在我的博士論文中對這一問題進行了實驗研究。”

聚變反應將等離子體形式的輕元素結合在一起，產(chǎn)生了巨大的能量，等離子體是由自由電子和原子核(或離子)組成的熱的帶電狀態(tài)，占可見宇宙的99%，該熱態(tài)處于充電狀態(tài)。世界各地的科學家都在尋求將聚變作為一種幾乎無限的發(fā)電來源。

重點指導

Kramer及其同事指出，SPARC磁鐵的未對準會增加由波紋引起的聚變顆粒的損失，從而導致撞擊壁的功率增加。他們的計算應為SPARC工程團隊提供重要指導，以確保磁體必須對齊得很好，以避免過多的功率損耗和壁損壞。正確對齊的磁體將使首次研究等離子體自熱成為可能，并在未來的聚變電站中開發(fā)出改進的等離子體控制技術。