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      用于仿星器反應堆的直線圈為核聚變提供了新的形態

      2022-05-03 10:16  來源:知新了了    仿星器反應堆  托卡馬克  核聚變

      “仿星器”與另一種被稱為托卡馬克的流行聚變反應堆設計有一些相似之處,因為它們都被設計成通過一系列磁線圈將過熱等離子體流限制在環形室中。在這樣做的過程中,它們產生了原子核所需的熱量和壓力,以令人難以置信的速度碰撞形成氦,并釋放大量能量。


      科學家們正在通過各種實驗反應堆設計,尋求從核聚變中獲得清潔和無窮無盡的能源。其中一個更有趣的例子是:一個被稱為“仿星器”的大致圓形的設備。雖然,這些產品的傳統特征是形狀不規則的磁線圈,但科學家們現在已經開發出了更簡單、更直的版本,他們說這可以提供一些重要的好處。
       
       
      上圖:研究作者 Caoxiang Zhu(左)和 Nicola Lonigro 為仿星聚變反應堆設計了新的磁線圈,比普通版本更直。
       
      “仿星器”與另一種被稱為托卡馬克的流行聚變反應堆設計有一些相似之處,因為它們都被設計成通過一系列磁線圈將過熱等離子體流限制在環形室中。在這樣做的過程中,它們產生了原子核所需的熱量和壓力,以令人難以置信的速度碰撞形成氦,并釋放大量能量。
       
      但是,在托卡馬克呈現出整齊而相對簡單的甜甜圈形狀的地方,恒星加速器則將它們的等離子流繞成不規則的圓圈旋轉,這實際上提供了更大的穩定性。這些流是由同樣不規則的磁線圈引導的,但這些線圈極其復雜,以至于有些需要超級計算機來設計。
       
      如果,這些線圈的部分是相對直的,事情可能會變得更簡單,這不僅會使仿星器的建造更簡單,也會使維護更簡單。然而,這將以犧牲反應堆的性能為代價。
       
      這項新研究的主要作者、英國約克大學(University of York)博士候選人尼古拉·羅尼格羅(Nicola Lonigro)表示:“原則上,你總是可以制造出更直的線圈,但代價是,它們的磁場可能不會像纏繞線圈那樣限制等離子體。但我們的研究表明,你可以制作出更簡單、截面更直的線圈,從而與傳統線圈具有相同的磁場形狀和強度。”
       
      尼古拉·羅尼格羅和同事們是通過實驗一種叫做“樣條表示”的數學技術來實現這一點的,他們用這種方法來改進生成磁線圈設計的計算機代碼。這將使磁體的設計具有更直的部分,但仍然有足夠強和準確的磁場來限制等離子體。作為演示,科學家們為威斯康星大學麥迪遜分校的實驗仿星器設計了更直、更簡單的新磁鐵。
       
      該論文的作者、來自中國科學技術大學的物理學家朱曹祥(音譯)解釋道:“未來,隨著仿星器的磨損,人們將不得不更換它們中的組件,這需要磁鐵線圈之間有大的開口。但在仿星器中很難有大開口,因為電磁線圈彎彎曲曲,非常復雜。”
       
      盡管,這一突破令人印象深刻,但它也提醒我們,物理學家在試圖實現核聚變時面臨著無數復雜的問題。這些更直的線圈,只是一個難以置信的復雜謎題的一小部分,但有一天它可能會被證明是重要的,有助于使無限的清潔能源成為現實。
       
      尼古拉·羅尼格羅表示:“從長遠來看,這項工作將有助于努力使仿星器在商業上變得更為可行。”


      圖為技術

      深圳核博會

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