低碳圈

近日，来自美国能源部普林斯顿等粒子物理实验室（PPPL）的研究人员提出了一种新的理论，用来解释等离子体在核聚变反应堆中消失之前到底发生了什么。这种理论有助于核工程师设计出更先进的聚变反应堆，而且可以帮助提高聚变反应堆的输出功率，或将使发电量增加1倍，从而让核聚变反应堆更有经济效率。

在学术界一直存在这样一种观点：我们之所以用了几十年的时间开发核聚变反应堆来发电，是因为物理学家并不完全清楚，在反应堆内的高温等离子体是怎样变化的。目前，我们所了解的是，一定条件下，发生核聚变反应时，这些等离子体在不到1毫秒的时间内就会消失。

麻省理工学院聚变技术研究员马丁·格林沃尔德表示：“人类在聚变技术领域上的研究已经取得了很大的进步。从1970年开始，实验性的核聚变反应堆所产生的能量已经提高了12个量级，这种提高的幅度远远大于同时期微芯片处理能力的发展。”尽管对于核聚变反应堆的研究取得了长足进步，但还是难改其尴尬的处境。维持核聚变反应堆运行所需的能量要大于其产生的能量，而且这种运行不能持续。这些都是发电厂应用核聚变技术时所必须面对的难题。

这项新的研究如同在该领域中的诸多研究一样，旨在向实用性核聚变发电的目标更进一步。尽管目前为止，仍然无法解决所有的难题，但通过实验表明，在反应堆中的等离子体密度存在一个实际的限制。如果超过一定的密度，等离子体就会变得极不稳定，不仅会消耗能量，最终还会消失。如果研究人员无法找到造成这种现象的根本原因，就很难预测等离子体在什么时间崩溃。因此，在反应堆试验中，研究人员正在努力避免接近密度限制。

根据研究人员提出的理论，等离子体在反应堆内会形成孤立个体。这些孤立个体会冷却下来，从而导致等离子体消失不见。这些孤立个体很容易识别，可以选择性地用微波将其加热，这有可能使等离子体保持稳定状态。

普林斯顿等粒子物理实验室的这项研究，使得核工程师们可以更好地预测到反应堆中将会发生什么状况，有可能在未来所设计的反应堆内，让等离子体更接近其理论上的最佳密度值。这就意味着，将会提高核聚变电厂的发电量。

该项目的主要研究人员、普林斯顿等粒子物理实验室首席科学家大卫·盖茨表示，预计今年将会在研究性反应堆中测试这一理论。

格林沃尔德说：“虽然在理论上这种推测是合理的，但还不能完全解决核聚变反应堆的所有难题。研究只能解释涉及等离子体密度限制的部分聚变机制。我们还需要解决很多的实际问题，比如，要如何优化聚能密度。”

要想解决这些聚变技术问题，不仅需要更好的理论支持，还需要更强大的计算能力、更完善的演算方式，以及大量的实验。也许，实用性核聚变电厂的出现还要再努力几十年。