了解快速离子碰撞：聚变反应堆中的离子和波的“芭蕾舞”

了解快速离子碰撞：聚变反应堆中的离子和波的“芭蕾舞” 核聚变实验中快速离子（黑色螺旋）与等离子体波（彩色）相互作用的示意图。资料来源：史蒂夫-艾伦（劳伦斯-利弗莫尔国家实验室），由迈克-范-泽兰（通用原子公司）改编在等离子体中，"冲浪者"可能是速度非常快的离子，它们可能出现在核聚变装置中，是核聚变反应或用于加热等离子体的其他过程的结果。这些快速离子的作用通常与海洋中的冲浪者相反它们为海浪提供能量，使海浪变大。当共振粒子与波浪交换能量时，它们也会通过随机碰撞受到等离子体中其他粒子的挤压。这些碰撞的类型和发生频率决定了波浪的大小和粒子的晃动程度。如果波浪过大或过多，就会把冲浪粒子踢出装置，对墙壁造成潜在危险，同时也会减少聚变能的产生量。聚变反应堆的挑战聚变反应堆中的等离子体必须不断加热，以保持产生能量所需的温度。然而，加热等离子体的快速离子也会与等离子体中的波产生共振。这会导致这些波的增长，并有可能将快速离子踢出装置。研究人员需要了解快速离子与等离子体波之间的共振相互作用，以预测和减轻任何不利影响。这项研究将数学计算与计算机模拟相结合，揭示了不同类型的碰撞如何通过竞争来决定共振粒子与等离子体波之间的能量传递方式。研究人员正在利用这一新的认识来制定如何保持等离子体足够热以维持核聚变反应的模型。共振波粒等离子体问题还与星系中的某些引力相互作用有关。这意味着该项目的方法可以应用于天体物理研究，包括暗物质研究。了解快速离子碰撞在核聚变实验中，快速离子通过与电子碰撞，将其能量传递给背景等离子体，从而使等离子体保持足够的热量进行核聚变。碰撞有两种不同类型：扩散散射和对流阻力。扩散碰撞与台球桌上的台球散射是同一类型。与此同时，当把手伸出行驶中的汽车窗外时，你会感觉到阻力碰撞。根据快离子的速度和等离子体的温度，每种碰撞都会对快离子的行为产生更大的影响。具体来说，快离子速度越大，阻力越大，而等离子体温度越高，扩散越有利。在快速离子通过碰撞加热背景等离子体的同时，它们也会与等离子体波发生共振作用，而等离子体波会消耗它们的能量，从而有可能冷却等离子体。在没有任何碰撞的情况下，只有当粒子的速度与波的速度完全匹配时，才会发生快离子与波之间的共振。科学家们早就知道，扩散碰撞的作用是"抹去"共振，即使粒子的速度比波的移动速度稍快或稍慢，它们也能有效地与波进行能量交换。这项研究的新发现是，当阻力存在时，这种碰撞会改变共振发生的速度，这意味着当快离子和等离子体波的速度相差很小时，能量交换实际上是最有效的。共振功能的作用在这项研究中，研究人员用一种名为共振函数的数学对象来描述波粒相互作用强度的特征，共振函数取决于波速和粒速之间的差值。当阻力碰撞比扩散碰撞发生得更频繁时，就会出现更奇特的现象在全新的速度下，有效的能量传递成为可能。这种现象实际上产生了新的共振，而在没有阻力的情况下，这种共振是根本不存在的，表现为共振函数中出现新的峰值，并扩大了共振相互作用的范围。完全从理论上推导出的共振函数决定了从共振快离子中获取自由能后波浪会变得有多大，也决定了这些粒子会如何被波浪踢来踢去。非线性计算机模拟结果与理论预测非常吻合，证实了推导出的共振函数对这两种碰撞的任何组合都是有效的，并加深了我们对碰撞如何影响等离子体中共振波与粒子相互作用的基本理解。基本理论得到验证后，现在可以放心地将其用于改进用于模拟快速离子在聚变装置中的行为的代码，这是开发商业聚变发电厂道路上的关键一步。编译自/ScitechDaily ... PC版： 手机版：

世界上规模最大的核聚变反应堆欧洲联合环状反应堆（JET）中的聚变反应在等离子体放电的5秒阶段以中子的形式释放出总共59兆焦耳的能

世界上规模最大的核聚变反应堆欧洲联合环状反应堆（JET）中的聚变反应在等离子体放电的5秒阶段以中子的形式释放出总共59兆焦耳的能量。 欧洲核聚变研发创新联盟（EUROfusion）、英国原子能管理局（UKAEA）和国际热核聚变实验堆（ITER）9日联合召开新闻发布会公布了上述消息。打破了JET曾在1997年产生约22兆焦耳聚变能量的等离子体的世界能源纪录。 为了过渡到国际大规模聚变实验（ITER）计划，研究人员此次进行的是氘氚混合燃料聚变实验。同时，为了使JET实验尽可能接近未来的热核聚变实验堆条件，他们用铍和钨的混合物而不是碳覆盖等离子体容器壁，因为金属钨比碳更耐腐蚀，而且不会像碳一样过多地与燃料结合。此次实验在比太阳中心温度高10倍的条件下，产生的聚变能量达到了创纪录水平。 ITER设施目前正在法国南部的卡达拉奇建设，预计将使用氘和氚混合燃料，计划实现产出能量10倍于输入能量（聚变增益）。要想产生净能量，即输出能量是加热等离子体所需能量的两倍这一目标，在卡达拉奇ITER设施“上线”之前是不可能实现的。因此，这次实验是在类ITER条件下创造的世界纪录。 德国马克斯·普朗克等离子体物理学研究所科学主任西比勒·君特教授表示：“JET的最新实验是向ITER最终目标迈出的重要一步。” （科技日报）

新型钨反应堆让核聚变更接近现实

新型钨反应堆让核聚变更接近现实 对于那些不熟悉托卡马克的人来说，它本质上是一个甜甜圈形状的装置，利用强大的磁场来容纳和控制等离子体一种极热、带电的气态混合物，对于复制恒星中的聚变反应至关重要。由法国替代能源和原子能委员会（CEA）运营的 WEST（稳态托卡马克中的钨环境）反应堆处于这项研究的最前沿。这一突破取决于钨的使用，钨是灯泡灯丝中常见的灰白色金属。这种金属以其卓越的耐热性能而著称，能使等离子体达到难以置信的高温和高密度，而不会导致腔壁熔化。在创纪录的运行过程中，研究小组向 WEST 注入了 1.15 千兆焦耳的能量，使等离子体在大约 5000 万摄氏度的高温下持续燃烧，其温度是太阳核心温度的三倍多。普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）提供了专门的 X 射线诊断工具，用于精确测量 WEST 内的强等离子体条件，在这一成就中发挥了至关重要的作用。据普林斯顿等离子体物理实验室的路易斯-德尔加多-阿帕里西奥（Luis Delgado-Aparicio）说："等离子体聚变界是最早利用混合光子计数技术监测等离子体动态的机构之一。"法国原子能委员会科学家泽维尔-利塔乌东（Xavier Litaudon）解释了为什么钨托卡马克的这一成就是如此重大的突破。"我们需要提供一种新的能源，而且这种能源应该是持续和永久的"。核聚变可以成为改变游戏规则的能源一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源，没有任何放射性废物或碳排放。然而，要实现自持聚变反应，使其产生的能量大于消耗的能量，是一项巨大的挑战。从超高温等离子体中提取比启动和维持核聚变过程所需更多的能量，需要极高的温度和极长的约束时间。这就是为什么最近在 WEST 取得的突破如此令人期待。正如协调该实验的雷米-杜蒙（Remi Dumont）简明扼要地指出的那样"一个惊人的结果"。虽然人类的核聚变能源梦想还需要数年或数十年的时间才能实现，但像这样的里程碑式事件表明，我们正在一步步地接近它。主要的参与者也在加倍努力实现核聚变的承诺。微软公司与 Helion 公司合作，计划在 2028 年之前开发出商业核聚变技术，而日本则在去年推出了大型 JT-60SA 托卡马克反应堆一个六层楼高的庞然大物，旨在破解核聚变约束难题。与此同时，扩大这种新型钨反应堆的规模，可以使人们期待已久的核聚变未来更加清晰。 ... PC版： 手机版：

国际热核聚变实验反应堆将运行时间推迟至少八年

国际热核聚变实验反应堆将运行时间推迟至少八年 国际热核聚变实验反应堆(ITER)将其托卡马克装置的运行时间推迟至少八年。托卡马克（Tokamak）是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器，其中央是一个环形的真空室，内部气体在极端高温和高压下变成等离子体。ITER 正在建造世界最大的托卡马克装置，演示可控核聚变的可行性。它原计划在 2025 年测试产生等离子体。但该计划如今推迟到了 2033 年。但推迟并不出人意料。 via Solidot

中核集团：中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术

中核集团：中国掌握可控核聚变高约束先进控制技术 8月25日下午，新一代人造太阳“中国环流三号”取得重大科研进展，首次实现100万安培等离子体电流下的高约束模式运行，再次刷新我国磁约束聚变装置运行纪录，突破了等离子体大电流高约束模式运行控制、高功率加热系统注入耦合、先进偏滤器位形控制等关键技术难题，是我国核聚变能开发进程中的重要里程碑，标志着我国磁约束核聚变研究向高性能聚变等离子体运行迈出重要一步。  为实现聚变能源，需要提升等离子体综合参数至聚变点火条件。磁约束核聚变中的高约束模式（H模）是一种典型的先进运行模式，被选为正在建造的国际热核聚变试验堆（ITER）的标准运行模式，能够有效提升等离子体整体约束性能，提升未来聚变堆的经济性，相较于普通的运行模式，其等离子体综合参数可提升数倍。

国际热核聚变实验堆（ITER）宣布，7 月 1 日，ITER 聚变能项目来自日本和欧洲的大型环形场线圈完工并交付。19 个巨大的

国际热核聚变实验堆（ITER）宣布，7 月 1 日，ITER 聚变能项目来自日本和欧洲的大型环形场线圈完工并交付。19 个巨大的环形场线圈运抵法国南部。ITER 的等离子体电流峰值将达到 1500 万安培，创下全球托卡马克装置新纪录。组装完成后，ITER 聚变反应堆将产生 500 兆瓦的峰值热能。如果连接到电网，将能够持续产生 200 兆瓦的电力，可满足 20 万户家庭的用电需求。（界面）