
核融合發電技術新突破:科學家發現穩定電漿的方法
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。
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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:
- Vyas, K. (2018, July 20). Scientists Discover How to Keep Plasma In Fusion Reactors Stable. Retrieved July 29, 2018.
- Krebs, I. et al., (2017). Magnetic flux pumping in 3D nonlinear magnetohydrodynamic simulations, Physics of Plasmas