锂粉可消除钨等离子体的不稳定性

美国能源部(DOE) Princeton 等离子体物理实验室(PPPL)的科学家和中国实验先进超导Tokamak(EAST)的合作研究结果证明,锂粉用于涂覆“偏滤器”的钨等离子体面向的组件--该装置由等离子体的废热和粒子排出,可以消除等离子体中称为边缘局域化模式(ELMs)的不稳定性,避免损害偏滤器后无法聚变反应。

两个锂喷射器的位置以及锂注入前后的等离子体彩色图像
过去在EAST上使用锂粉的实验证实了,金属可以减少在等离子体外缘所发生的,损害偏滤器的ELMs周期性爆发的频率和强度。当等离子体进入高限制模式的高能量状态或H模式时,ELMs会有规律地发展,H模式可以更有效地在等离子体中储存热量。ELMs还会释放大量的热,损害面向等离子体的组件,并释放出可侵入等离子体的侵蚀材料并冷却聚变反应。

在过去的实验中,EAST的上下偏滤器涂上了轻质多孔碳而非重金属钨。中国科学院的等离子体物理研究所胡健生与PPPL物理学家Rajesh Maingi说:“所以,问题在于锂是否对钨壁有着同样的效果。”

最近对德国的Axi-升级对称分流器实验(ASDEX-U)等其他环形 tokamaks的研究表明,钨制成的等离子面向部件实际上降低了锂涂层控制ELMs的能力。与通过重力注入到EAST实验中的锂粉相比,该实验可通过大快速粒料将锂注入到ASDEX-U中。在最近的实验中,研究人员操纵EAST内的等离子体,以便在 tokamaks内两个偏滤器的上部耗尽其余热,与由碳所制成的下偏滤器不同,上偏滤器是由钨所制成的。

结果表明,与等离子体接触的锂离子注入到等离子体中时,锂的释放量与锂离子的释热量一样多。物理学家现在已越发相信,只要将其设计为与锂兼容,即可将目前尚用于减少融合机器的ELMs技术,在未来更大型机器中逐步降低其使用率。

研究小组指出,随着实验的进展,消除ELMs将变得更加容易,这表明随着时间的推移,消除锂离子可能需要更少的锂。因此,科学家们试图寻求一种方法来调节注入到等离子体中的锂的量,一旦ELMs消失以控制锂的存量和优化等离子体的性能,即有可能降低其注入速率。

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