鋰粉可消除鎢等離子體的不穩定性

美國能源部(DOE) Princeton 等離子體物理實驗室(PPPL)的科學家和中國實驗先進超導Tokamak(EAST)的合作研究結果證明,鋰粉用於塗覆“偏濾器”的鎢等離子體面向的元件--該裝置由等離子體的廢熱和粒子排出,可以消除等離子體中稱為邊緣局域化模式(ELMs)的不穩定性,避免損害偏濾器後無法聚變反應。

兩個鋰噴射器的位置以及鋰注入前後的等離子體彩色圖像
過去在EAST上使用鋰粉的實驗證實了,金屬可以減少在等離子體外緣所發生的,損害偏濾器的ELMs週期性爆發的頻率和強度。當等離子體進入高限制模式的高能量狀態或H模式時,ELMs會有規律地發展,H模式可以更有效地在等離子體中儲存熱量。ELMs還會釋放大量的熱,損害面向等離子體的組件,並釋放出可侵入等離子體的侵蝕材料並冷卻聚變反應。

在過去的實驗中,EAST的上下偏濾器塗上了輕質多孔碳而非重金屬鎢。中國科學院的等離子體物理研究所胡健生與PPPL物理學家Rajesh Maingi說:“所以,問題在於鋰是否對鎢壁有著同樣的效果。”

最近對德國的Axi-升級對稱分流器實驗(ASDEX-U)等其他環形 tokamaks的研究表明,鎢製成的等離子面向部件實際上降低了鋰塗層控制ELMs的能力。與通過重力注入到EAST實驗中的鋰粉相比,該實驗可通過大快速粒料將鋰注入到ASDEX-U中。在最近的實驗中,研究人員操縱EAST內的等離子體,以便在 tokamaks內兩個偏濾器的上部耗盡其餘熱,與由碳所製成的下偏濾器不同,上偏濾器是由鎢所製成的。

結果表明,與等離子體接觸的鋰離子注入到等離子體中時,鋰的釋放量與鋰離子的釋熱量一樣多。物理學家現在已越發相信,只要將其設計為與鋰相容,即可將目前尚用於減少融合機器的ELMs技術,在未來更大型機器中逐步降低其使用率。

研究小組指出,隨著實驗的進展,消除ELMs將變得更加容易,這表明隨著時間的推移,消除鋰離子可能需要更少的鋰。因此,科學家們試圖尋求一種方法來調節注入到等離子體中的鋰的量,一旦ELMs消失以控制鋰的存量和優化等離子體的性能,即有可能降低其注入速率。

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