世界不思議

核融合研究新發現,燃燒電漿背後竟有異常高能量離子行為


為了在地球上打造可媲美恆星的強大能源,科學家們努力鑽研核融合技術,盼能產生乾淨、無限的能量。而美國科學團隊在今年初透過高功率雷射光,成功實現「燃燒電漿(burning plasma)」後,再次有新發現,他們發現其中有個奇怪、無法解釋的離子行為。

自 2009 年以來,勞倫斯利佛摩國家實驗室(LLNL )的國家點火設施(National Ignition Facility,NIF)的科學家們一直在研究核融合技術,為產生龐大壓力和溫度,以 192 台雷射發射出 1.9 兆焦耳(MJ)的紫外線能量,再照到小如滾珠軸承大小的環空器(hohlraum)中,內爆其中的燃料膠囊,才有機會將原子融合成氦,並釋放出巨大能量。

今年 1 月國家點火設施的核融合反應成功釋放出 1.35 MJ 焦耳能量,這也是首次核融合過程所產生的能量超過總輸入能量,雖然只有短短幾納秒,但仍是核融合慣性局限融合(ICF)的新篇章。

團隊進一步分析發現,燃燒電漿以一種意料之外的方式呈現,電漿顯示出比模型預測更高的能量,對於處於熱平衡狀態的氘-氚(DT)電漿,平均中子能量高於預期。論文主要作者 Alastair Moore 表示,我們無法用模擬 ICF 正常輻射流體動力學代碼預測出的事情,或許也無法預測出。

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科學家們將電漿出乎意料的高能量行為當作都卜勒效應(Doppler effect),就像當警車、消防車駛近再遠離時,警笛聲出現的變化一樣,Moore 表示,其中一個解釋為氘和氚離子不平衡,因此還需要更先進的模擬能力才能再深入研究,我們正在與洛斯阿拉莫斯國家實驗室、麻省理工和英國倫敦帝國理工學院團隊合作,盼能成功解惑。

團隊認為,核融合反應中的離子行為跟之前預期的不同,或許能為將來的雷射核融合設計提供重要見解。

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