物理學(xué)家破解核聚變之謎

　　有一種理由認(rèn)為，用幾十年時間開發(fā)核聚變反應(yīng)堆來發(fā)電， 是因?yàn)槲锢韺W(xué)家不完全明白，反應(yīng)堆內(nèi)的高溫等離子體是怎么回事。在一定條件下，也就是核聚變反應(yīng)發(fā)生的地方，這些等離子體會消失，時間不到一毫秒。

　　有一種新的理論，開發(fā)研究人員來自美國能源部普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL：Princeton Plasma Physics Laboratory)，這一理論解釋了在等離子體消失之前發(fā)生了什么。這種解釋有助于工程師設(shè)計出更好的反應(yīng)堆。而且有助于他們提高反應(yīng)堆的輸出功率，也許可使產(chǎn)生的電力提高一倍，從而使核聚變反應(yīng)堆更經(jīng)濟(jì)。

　　研究人員已經(jīng)取得了很多進(jìn)步，在聚變技術(shù)上，從1970年起，實(shí)驗(yàn)性核聚變反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量提高了12個量級，大于超過了同期芯片處理能力的提高，馬丁?格林沃爾德說，他是麻省理工學(xué)院的聚變研究人員。但是，盡管核聚變研究反應(yīng)堆有這些進(jìn)步，它們?nèi)詻]有用，它們產(chǎn)生的能量不如它們消耗的多，而且不能連續(xù)運(yùn)行，這兩者都是一個發(fā)電廠所必須的。

　　這項(xiàng)新的研究，就像核聚變研究領(lǐng)域的很多這樣的研究一樣，是朝著實(shí)用聚變發(fā)電邁出了一步，但是，仍然無法解決所有問題。實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)堆中等離子體的密度存在一個實(shí)際限度。超過一定的密度，等離子體就變得不穩(wěn)定，會消耗能量，并消失掉。因?yàn)檠芯咳藛T不明白這到底是什么原因造成的，因此就很難預(yù)測什么時候會發(fā)生崩潰，因此，在實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆中，研究人員就避免接近這個限度。

　　普林斯頓大學(xué)的這項(xiàng)研究使工程師們可以更好地預(yù)測反應(yīng)堆中會發(fā)生什么，有可能讓他們設(shè)計出一些反應(yīng)堆，更接近理論上的等離子體最佳密度。反過來，就會增加聚變電廠的發(fā)電量。

　　根據(jù)研究人員的理論，等離子體中會形成孤立體，這些孤立體會冷卻，從而導(dǎo)致等離子體中消失。這些孤立體很容易識別，可以選擇性地用微波加熱，研究人員認(rèn)為，這可能會使等離子體保持穩(wěn)定。

　　大衛(wèi)?蓋茨(David Gates)是普林斯頓大學(xué)等離子體物理實(shí)驗(yàn)室首席科學(xué)家，也是這一項(xiàng)目的主要研究人員，他說，他預(yù)計，今年他們能夠在研究性反應(yīng)堆中測試這一理論。

　　雖然理論上是合理的，但是格林沃爾德說，它不能解決反應(yīng)堆的所有問題。它只能解釋部分機(jī)制，這些機(jī)制限制著等離子體的密度。而研究人員還需要解決很多實(shí)際問題，之后，優(yōu)化能量密度才會成為一個問題，他說。

　　解決這些問題，需要結(jié)合更好的理論，更強(qiáng)大的計算能力，更好的算法以及更大的實(shí)驗(yàn)。這就是為什么研究人員仍然表示，實(shí)用性聚變電廠仍然需要幾十年。

　　等離子體中會形成孤立體，這些孤立體會冷卻，從而導(dǎo)致等離子體中消失。這些孤立體很容易識別，可以選擇性地用微波加熱，研究人員認(rèn)為，這可能會使等離子體保持穩(wěn)定。