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科学家尝试确定如何防止“逃逸电子”的破坏
时间:2021-09-06 15:01:05

据外媒报道,对于努力在地球上获取聚变能源的科学家来说,一个关键的挑战是防止所谓的“逃逸电子”(runaway electrons),即在中断的聚变实验中释放出的粒子。由美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的研究人员领导的 科学家们使用了一种具有广泛功能的新型诊断仪来检测高能“逃逸电子”的诞生、线性和指数增长阶段,这可能使研究人员确定如何防止“逃逸电子”的破坏。

PPPL物理学家Luis Delgado-Aparicio说:“我们需要看到这些电子的初始能量,而不是当它们完全变强并以接近光速的速度移动时,”他领导了在威斯康星大学麦迪逊分校MST(Madison Symmetric Torus)实验室中检测早期“逃逸电子”的实验。Delgado-Aparicio说:“下一步是优化方法,在失控的电子群发展成‘雪崩’之前阻止它们,”他是第一篇论文的主要作者,该论文在《科学仪器评论》上详细介绍了这些发现。

聚变反应通过结合等离子体形式的轻元素产生大量的能量--等离子体是由自由电子和原子核组成的热的、带电的物质状态,构成了可见宇宙的99%。 世界各地的科学家正在寻求在地球上生产和控制核聚变,以获得几乎取之不尽、用之不竭的安全和清洁的发电动力。

PPPL与威斯康星大学合作,在MST上安装了多能量针孔相机,MST是该相机功能的测试平台。该诊断仪升级并重新设计了PPPL之前在麻省理工学院(MIT)现已关闭的Alcator C-Mod托卡马克上安装的相机,其独特之处在于不仅能够记录等离子体在时间和空间上的特性,还能记录其能量分布。

这种能力使研究人员能够描述超热等离子体的演变以及“逃逸电子”的诞生,而“逃逸电子”是从低能量开始的。Delgado-Aparicio表示:“如果我们了解能量含量,我可以告诉你什么是背景等离子体的密度和温度,以及逃逸电子的数量。因此,通过添加这个新的能量变量,我们可以找出等离子体的几个数量,并将其作为一种诊断方法。”

科学家使用新型相机推动了技术的发展。“这当然是一个伟大的科学合作,”物理学家Carey Forest说,他是威斯康星大学的教授,负责监督MST,他将其描述为 “一个非常强大的机器,可以产生逃逸电子,不会危及其运行”。

因此,Forest说:“Luis不仅能够诊断出电子被加速时的出生位置和最初的线性增长阶段,而且还能跟踪它们如何从外部运入,这种能力非常迷人。将他的诊断与建模进行比较将是下一步,当然,更好的理解可能会在未来带来新的缓解技术。”

Delgado-Aparicio表示:“我想利用我们在MST上开发的所有专业知识,并将其应用于大型托卡马克聚变反应堆。”

“我想和我的博士后一起做的是将相机用于很多不同的事情,包括粒子传输、约束、射频加热,还有这个新的转折点,对失控电子的诊断和研究,”Delgado-Aparicio说。“我们基本上想弄清楚如何让电子‘软着陆’,这可能是处理电子的一种非常安全的方式。”

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