【概要】科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將鋰粉涂覆于“偏濾器”的鎢等離子體面向組件時(shí)，它可以消除邊緣局域化模式(ELMs)的不穩(wěn)定性。

【圖注】該圖顯示了兩個(gè)鋰噴射器的位置以及鋰注入前后的等離子體彩色圖像。紅色表示氘和鋰發(fā)出的光，而黃色和橙色表示鋰線發(fā)射的光。

作為智能手機(jī)電池的一個(gè)組成部分，鋰元素也在清潔聚變能的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋰電池用于聚變裝置中的鎢表面時(shí)，鋰可以減少等離子體中的周期性不穩(wěn)定性，避免損壞反應(yīng)器壁。

美國(guó)能源部(DOE) Princeton 等離子體物理實(shí)驗(yàn)室(PPPL)的科學(xué)家和中國(guó)實(shí)驗(yàn)先進(jìn)超導(dǎo)Tokamak(EAST)的合作研究結(jié)果證明，鋰粉可以消除稱為邊緣局域化模式(ELMs)的不穩(wěn)定性可用于涂覆“偏濾器”的鎢等離子體面向的組件——該裝置由等離子體的廢熱和粒子排出，以促進(jìn)聚變反應(yīng)。如果鎢等離子體單獨(dú)存在，這種不穩(wěn)定性會(huì)損害偏濾器并使其無(wú)法進(jìn)行聚變反應(yīng)失敗。而對(duì)于計(jì)劃將鎢用于專用鋰偏濾器的未來(lái)器件來(lái)說(shuō)，這不失為一個(gè)好消息。

過(guò)去在EAST上使用鋰粉的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，金屬可以減少在等離子體外緣所發(fā)生的，損害偏濾器的ELMs周期性爆發(fā)的頻率和強(qiáng)度。當(dāng)?shù)入x子體進(jìn)入高限制模式的高能量狀態(tài)或H模式時(shí)，ELMs會(huì)有規(guī)律地發(fā)展，H模式可以更有效地在等離子體中儲(chǔ)存熱量。ELMs還會(huì)釋放大量的熱，損害面向等離子體的組件，并釋放出可侵入等離子體的侵蝕材料并冷卻聚變反應(yīng)。

在過(guò)去的實(shí)驗(yàn)中，EAST的上下偏濾器涂上了輕質(zhì)多孔碳而非重金屬鎢。中國(guó)科學(xué)院的等離子體物理研究所胡健生與PPPL物理學(xué)家Rajesh Maingi說(shuō)：“所以，問(wèn)題在于鋰是否對(duì)鎢壁有著同樣的效果。”

最近對(duì)德國(guó)的Axi-升級(jí)對(duì)稱分流器實(shí)驗(yàn)(ASDEX-U)等其他環(huán)形 tokamaks的研究表明，鎢制成的等離子面向部件實(shí)際上降低了鋰涂層控制ELMs的能力。與通過(guò)重力注入到EAST實(shí)驗(yàn)中的鋰粉相比，該實(shí)驗(yàn)可通過(guò)大快速粒料將鋰注入到ASDEX-U中。在最近的實(shí)驗(yàn)中，研究人員操縱EAST內(nèi)的等離子體，以便在 tokamaks內(nèi)兩個(gè)偏濾器的上部耗盡其余熱，與由碳所制成的下偏濾器不同，上偏濾器是由鎢所制成的。

結(jié)果表明，與等離子體接觸的鋰離子注入到等離子體中時(shí)，鋰的釋放量與鋰離子的釋熱量一樣多。物理學(xué)家現(xiàn)在已越發(fā)相信，只要將其設(shè)計(jì)為與鋰兼容，即可將目前尚用于減少融合機(jī)器的ELMs技術(shù)，在未來(lái)更大型機(jī)器中逐步降低其使用率。

研究小組指出，隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，消除ELMs將變得更加容易，這表明隨著時(shí)間的推移，消除鋰離子可能需要更少的鋰。因此，科學(xué)家們?cè)噲D尋求一種方法來(lái)調(diào)節(jié)注入到等離子體中的鋰的量，一旦ELMs消失以控制鋰的存量和優(yōu)化等離子體的性能，即有可能降低其注入速率。