一個(gè)核聚變研究小組成功地證明，在螺旋系統(tǒng)中，能量在兆電子伏(MeV)范圍內(nèi)的高能離子在等離子體中具有優(yōu)越的限制，這就保證了在螺旋反應(yīng)堆中實(shí)現(xiàn)聚變能所需的阿爾法（α）粒子(氦離子)約束。

高溫等離子體中的氘氚反應(yīng)將在未來(lái)聚變反應(yīng)堆中得到應(yīng)用。聚變反應(yīng)產(chǎn)生能量為3.5 MeV的粒子。粒子將能量轉(zhuǎn)移到等離子體中，這種粒子加熱維持聚變反應(yīng)所需的等離子體高溫條件。

為了實(shí)現(xiàn)這種被稱(chēng)為燃燒等離子體的等離子體，必須將兆電子伏(MeV)范圍內(nèi)的高能離子嚴(yán)格限制在等離子體中。數(shù)值模擬結(jié)果表明，與托卡馬克系統(tǒng)相比，螺旋系統(tǒng)中等離子體中兆電子伏離子約束具有穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)。然而，兆電子伏離子約束的實(shí)驗(yàn)結(jié)果尚未見(jiàn)報(bào)道?，F(xiàn)在日本國(guó)家自然科學(xué)研究院(NINS)下屬的日本國(guó)家核聚變科學(xué)研究所(NIFS)，在大型螺旋裝置(LHD)的氘操作中進(jìn)行的MeV離子約束實(shí)驗(yàn)，極大地推進(jìn)了這項(xiàng)研究。

在氘等離子體中，氘-氘聚變反應(yīng)產(chǎn)生1mev三價(jià)體(氚離子)，在未來(lái)燃燒的等離子體中產(chǎn)生的阿爾法粒子也有類(lèi)似行為。由NIFS助理教授小川國(guó)廣和Mitsutaka Isobe教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在LHD中進(jìn)行了MeV triton約束實(shí)驗(yàn)。被限制在等離子體中的三元與背景氘(氘離子)發(fā)生二次反應(yīng)，并通過(guò)聚變反應(yīng)釋放高能中子。課題組研制了高能中子選擇性測(cè)量探測(cè)器，用于評(píng)價(jià)兆電子伏離子約束性能，測(cè)量了不同磁場(chǎng)構(gòu)型下的高能中子。當(dāng)磁場(chǎng)軸向內(nèi)偏移時(shí)，兆電子伏離子約束性能較好。

研究結(jié)果首次證明了螺旋系統(tǒng)中兆電子伏離子約束的概念，這進(jìn)而有望揭示在螺旋反應(yīng)堆中實(shí)現(xiàn)聚變能量所需的阿爾法粒子約束。理解高能粒子約束是實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)堆的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在螺旋器件中，利用三維磁場(chǎng)的柔性獲得更好約束是極壓約束研究的關(guān)鍵課題之一。利用氫等離子體運(yùn)行過(guò)程中漏電現(xiàn)象的診斷方法，對(duì)大型螺旋裝置(LHD)中的極壓輸運(yùn)進(jìn)行了研究。通過(guò)LHD重水運(yùn)行，利用新開(kāi)發(fā)的綜合中子診斷學(xué)技術(shù)，為核心區(qū)EPs的約束提供信息。

博科園｜研究/來(lái)自：國(guó)立自然科學(xué)研究院

參考期刊《Nuclear Fusion》

DOI: 10.1088/1741-4326/ab14bc

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