失控電子的危害

“聚變反應(yīng)堆通過將較輕的原子核融合成一個較重的原子核來提取巨大的能量，”洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)在新聞發(fā)布會上說。

為了實現(xiàn)這一點，科學(xué)家們需要創(chuàng)造一個超熱的等離子體，這是一種電子從原子中剝離出來的物質(zhì)狀態(tài)，它的溫度超過1.5億攝氏度。“但是極端條件會滋生不穩(wěn)定性，這種不穩(wěn)定性的一個嚴(yán)重副產(chǎn)品就是失控電子，致使等離子體經(jīng)常試圖逃離反應(yīng)堆。”LANL在新聞發(fā)布上會強(qiáng)調(diào)。

這些電子被加速到接近光速后能夠逃離限制它們的磁場，并與反應(yīng)堆壁發(fā)生碰撞，碰撞可能會造成重大損害，導(dǎo)致需要進(jìn)行昂貴的停機(jī)維修，因此控制和減輕失控電子的影響是聚變反應(yīng)堆設(shè)計和運行中的一個重要考慮因素。

LANL的聚變專家Michael Lively說，“這不是隨著時間推移而造成的損害，在極端情況下，光束甚至可以在堅固的鎢墻上打一個洞，損壞下面的冷卻機(jī)制。”為此他提出了解決這個問題的方法，即使用“鎢霰彈槍”。

“鎢霰彈槍”的效果

鎢是自然界中熔點最高的金屬，其熔點為3422℃，這使得它能夠在極端熱負(fù)荷條件下保持穩(wěn)定，它還具有良好的抗輻照性能，能承受高能粒子的轟擊，鎢因其卓越的強(qiáng)度和高熔點已經(jīng)被選為反應(yīng)堆壁建設(shè)的關(guān)鍵組成部分。

“Michael Lively的鎢霰彈槍會向反應(yīng)堆注入一束毫米大小的鎢顆粒，以攔截失控電子，”LANL解釋道。Michael Lively進(jìn)行的廣泛模擬顯示了鎢霰彈槍方法的有效性，注入的鎢顆粒有效地與失控電子發(fā)生碰撞，吸收它們的能量并將它們從破壞性軌跡上偏轉(zhuǎn)。結(jié)果表明，失控電子束在與鎢顆粒接觸后幾乎立即被中和。

“鎢吸收了8%的失控電子，而其余92%被反彈或散射出軌道，不再有損壞反應(yīng)堆的風(fēng)險，”LANL斷言。

此外，模擬揭示鎢顆粒在反應(yīng)堆中的停留時間比失控電子長得多。Michael Lively發(fā)現(xiàn)失控電子在反應(yīng)堆中的軌道時間僅為130納秒，而鎢顆粒的壽命為100,000納秒。這意味著一次性注入鎢顆粒可以提供對多次失控電子事件的長期保護(hù)，提高了這種方法的效率和實用性。

這項研究的下一階段內(nèi)容是在實驗性聚變反應(yīng)堆中測試鎢顆粒注入方法，如果這些測試證實了模擬結(jié)果，那么這項技術(shù)將可以集成到未來聚變反應(yīng)堆設(shè)計中去，為更清潔、更可持續(xù)的能源未來鋪平道路。

“我們應(yīng)該能夠在不造成部件損壞或停機(jī)進(jìn)行昂貴維修的情況下，來保護(hù)核聚變反應(yīng)堆不受等離子體控制損失的影響，而且是在幾乎不產(chǎn)生任何經(jīng)濟(jì)影響的情況下做到這一點，”Michael Lively總結(jié)道。