人類距離可控核聚變還有多遠,？“人造太陽”：能源自由的愿景(4)

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2025-02-08 15:53:28 光明網(wǎng)

托卡馬克磁約束核聚變研究雖然不斷取得突破,，但前方的道路依舊充滿挑戰(zhàn)。堆芯等離子體“穩(wěn)態(tài)自持燃燒”是源源不斷獲取聚變能的關鍵,，實現(xiàn)該目標主要有五大類問題需要解決,。

一是等離子體非感應電流驅動問題。等離子體電流由歐姆驅動電流和非感應驅動的電流組成,。歐姆驅動電流是基于變壓器原理,，通過等離子體外部線圈電流變化感應而來的。對于非感應電流驅動,，一部分可以通過外部的高功率微波和中性粒子束注入來驅動,，另一部分則來自等離子體自身壓強梯度產(chǎn)生的“自舉電流”，實驗上希望等離子體自己提供的這部分電流份額越高越好,。

二是加料與排灰問題。聚變等離子體被約束在真空室內,，形成一種類似“甜甜圈”的形狀,。在“甜甜圈”環(huán)向軸中心位置附近的等離子體密度和溫度最高，越往邊界參數(shù)越低,。傳統(tǒng)加料方式注入的中性氣體氘和氚，難以深入等離子體芯部,，其燃燒效率難以提高,。同時堆芯等離子體聚變反應，會產(chǎn)生大量的氦,，也被稱為氦灰,。氦灰容易堆積在芯部,，導致等離子體性能退化,，甚至引發(fā)等離子體熄滅。

三是等離子體與材料相互作用問題,。聚變堆運行期間,，一些攜帶高能量的粒子可能突破磁場的約束,，撞擊在聚變裝置的內部部件上,，對這些部件材料造成威脅。同時,，如果聚變堆運行期間發(fā)生的粒子與材料相互作用在等離子體邊緣產(chǎn)生大量雜質，這些雜質會稀釋燃料離子的濃度,，使聚變等離子體性能顯著下降,，聚變功率難以穩(wěn)定維持。

四是阿爾法粒子物理問題,。阿爾法粒子是氘氚聚變的帶電粒子產(chǎn)物氦（攜帶3.5百萬電子伏特能量）的別稱,。目前，由于長期缺乏合適的實驗平臺開展相關實驗,，燃燒等離子體阿爾法粒子物理研究深度還不夠,，相關的科學問題還需要在氘氚聚變實驗裝置上進一步驗證。

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