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在没有中心磁铁或螺线管的情况下发射聚变反应

2019-05-05 17:27:45来源:

托卡马克是一个实验室,其中含有高能带电粒子的气体,等离子体,用于发展核聚变产生的能量。大多数大型托卡马克用螺线管制造等离子体 - 大型磁性线圈绕过容器中心并注入启动等离子体的电流,并完成将超热气体保持在适当位置的磁场。但是未来的托卡马克必须没有螺线管,这种螺线管可以短脉冲运行,而不是像商业聚变发电厂那样需要数周或数月。

最近的计算机模拟已经提出了一种在不使用螺线管的情况下发射等离子体的新方法。模拟建模显示形成称为等离子体的不同的载流磁性结构,其可以启动等离子体并完成复杂的磁场。

一切都始于磁场线或环路,通过托卡马克地板的一个开口上升。当电场强制电场强制扩展到容器中时,可以形成薄的电流层或薄片。通过称为磁性重新连接的过程,片材可以破碎并形成一系列环形等离子体,其与由海豚产生的气泡环相当。

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的主要聚变设施 - 国家球形环实验(NSTX)内的快速摄像机图像已经证实了计算预测的等离子体。该设施已经升级。等离子体合并形成一个承载高达400,000安培电流的大环,在托卡马克内部形成等离子体启动阶段。

对等离子体的这种先进建模也导致了另一个主要发现:通过国家球面环面实验(NSTX-U)的升级可以实现大量场线闭合和最大启动电流的条件。

在自然界中也观察到类似等离子体的结构,例如在喷发的太阳活动期间。在托卡马克观测到的全球等离子体形成揭示了磁重联过程和太阳耀斑的触发机制。这些发现还揭示了在空间中发生的相同的等离子体介导的重新连接在关闭磁场线和在NSTX-U中启动等离子体方面起主导作用。