等离子体新理论或破解核聚变谜题

dianqilv88

近日，来自美国能源部普林斯顿等粒子物理实验室(PPPL)的研究人员提出了一种新的理论，用来解释等离子体在核聚变反应堆中消失之前到底发生了什么。这种理论有助于核工程师设计出更先进的聚变反应堆，而且可以帮助提高聚变反应堆的输出功率，或将使发电量增加1倍，从而让核聚变反应堆更有经济效率。

图为等离子室，通过实验性核聚变反应堆可以检测这种新的理论

在学术界一直存在这样一种观点：我们之所以用了几十年的时间开发核聚变反应堆来发电，是因为物理学家并不完全清楚，在反应堆内的高温等离子体是怎样变化的。目前，我们所了解的是，一定条件下，发生核聚变反应时，这些等离子体在不到1毫秒的时间内就会消失。

麻省理工学院聚变技术研究员马丁·格林沃尔德表示：“人类在聚变技术领域上的研究已经取得了很大的进步。从1970年开始，实验性的核聚变反应堆所产生的能量已经提高了12个量级，这种提高的幅度远远大于同时期微芯片处理能力的发展。”尽管对于核聚变反应堆的研究取得了长足进步，但还是难改其尴尬的处境。维持核聚变反应堆运行所需的能量要大于其产生的能量，而且这种运行不能持续。这些都是发电厂应用核聚变技术时所必须面对的难题。

这项新的研究如同在该领域中的诸多研究一样，旨在向实用性核聚变发电的目标更进一步。尽管目前为止，仍然无法解决所有的难题，但通过实验表明，在反应堆中的等离子体密度存在一个实际的限制。如果超过一定的密度，等离子体就会变得极不稳定，不仅会消耗能量，最终还会消失。如果研究人员无法找到造成这种现象的根本原因，就很难预测等离子体在什么时间崩溃。因此，在反应堆试验中，研究人员正在努力避免接近密度限制。

根据研究人员提出的理论，等离子体在反应堆内会形成孤立个体。这些孤立个体会冷却下来，从而导致等离子体消失不见。这些孤立个体很容易识别，可以选择性地用微波将其加热，这有可能使等离子体保持稳定状态。

普林斯顿等粒子物理实验室的这项研究，使得核工程师们可以更好地预测到反应堆中将会发生什么状况，有可能在未来所设计的反应堆内，让等离子体更接近其理论上的最佳密度值。这就意味着，将会提高核聚变电厂的发电量。

该项目的主要研究人员、普林斯顿等粒子物理实验室首席科学家大卫·盖茨表示，预计今年将会在研究性反应堆中测试这一理论。

格林沃尔德说：“虽然在理论上这种推测是合理的，但还不能完全解决核聚变反应堆的所有难题。研究只能解释涉及等离子体密度限制的部分聚变机制。我们还需要解决很多的实际问题，比如，要如何优化聚能密度。”

要想解决这些聚变技术问题，不仅需要更好的理论支持，还需要更强大的计算能力、更完善的演算方式，以及大量的实验。也许，实用性核聚变电厂的出现还要再努力几十年。

延伸阅读

核聚变是解决未来能源的主要选择。高温等离子体研究以实现核聚变为目的。

核聚变反应

主要借助氢同位素。核聚变不会产生核裂变所出现的长期和高水平核辐射，不产生核废料，不产生温室气体，基本不污染环境。聚变反应需要高温，一个聚变反应释放出的能量很少，这种小规模的核聚变反应可以借助人为方法避开高温获得，如果大规模的聚变就必须是热核反应，只有靠原子核的裂变。

等离子体

又叫做电浆，是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，常被视为是物质的第四态。等离子体具有很高的电导率，与电磁场存在极强的耦合作用。

kaiyue16

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