核融合反應爐內部 / Credit: Robert Mumgaard/Wikimedia Commons

核融合發電被視為達到無盡潔淨能源的關鍵,但目前仍然缺乏能控制反應爐內電漿的方法。不過,研究人員最近發現能降低電漿溫度和密度震盪的方法,朝向穩定的核融合能源躍進了一步。

普林斯頓大學(Princeton University)的電漿物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL)研究團隊在歷經數次的運算模擬後,才獲得這寶貴的發現。

雖然電漿屬於物質的其中一態,但在地球上無法像固、液、氣三態一樣自然存在,科學家在反應爐中模仿恆星來複製核融合反應,爐中高溫的氫原子懸浮在電漿中,相互碰撞並分裂為離子與電子,然後再融合成氦原子,這樣的過程產生的大量熱量可被用於發電。

模擬中的發現

不過電漿的密度和溫度會不穩定變動,導致核融合反應中斷,此過程被稱作鋸齒不穩定性(sawtooth instability),使得穩定電漿成了一項有挑戰性的工作。為了保持電漿核心的電流,PPPL 模擬的反應爐利用磁通量泵送(magnetic flux pumping)的機制。

PPPL 的模擬中混合使用兩種情境──電漿穩定的 H 模式和電漿稍有洩出能量的 L 模式──來促成磁通量泵送,而此時的電流平穩,電漿密度也相當高,達到準互換模式(quasi-interchange mode),讓電漿在磁場變形的同時被攪動混合,這種混合效果能確保電流曲線的平坦,消除鋸齒不穩定性。

負責該研究的研究員伊莎貝爾·克雷布斯博士(Isabel Krebs)表示,此機制未來將能用於國際熱核融合實驗反應爐(ITER)等大型核融合應用。

 

參考資料:

  1. Vyas, K. (2018, July 20). Scientists Discover How to Keep Plasma In Fusion Reactors Stable. Retrieved July 29, 2018.
  2. Krebs, I. et al., (2017). Magnetic flux pumping in 3D nonlinear magnetohydrodynamic simulations, Physics of Plasmas
You May Also Like

首度科學證實「貓能模仿人類行為」登上學術期刊

研究小組表示,這隻貓會用爪子和臉觸碰盒子,而訓練師則是分別用手和臉觸碰盒子,這表明她能將人類的身體部…

科學家提出三個小技巧,幫助人們體驗清醒夢

科學家最新研究發現,通過恰當的指導和練習,和三個小步驟,便可大大提高清醒夢的出現機率。在身心得到休息…

科學家:宇宙有可能只是一個電腦模擬世界

地球有可能只是外星人電腦內的一個模擬世界嗎?對於這個問題,科學家各有不同的意見:其中一些比較樂觀;其…

以色列衛星之父爆料人類早已與外星人深入接觸過

人類已經與外星人取得了聯繫 根據《耶路撒冷郵報》報導,一名前以色列將軍在接受特拉維夫《以色列日報》採…

不必等 50 年!專家堅信最快 2030 年就能實現核融合發電

使用核融合技術為人類提供便宜又潔淨的電力,一直是科學家的夢想。過去,專家大多推測約「50 年後」才有…

如果人掉進黑洞下場會如何?

你即將要掉入一個黑洞。儘管困難重重,若是你存活了下來,在你面前等待的會是什麼?你最後會出現在哪裡,若…