南韓「人造太陽」成功維持 100,000,000°C 離子溫度達 48 秒

南韓聚變能源研究所 (KFE) 上週三 (27/3) 宣佈,南韓「人造太陽」核聚變反應爐 KSTAR 在 2023 年 12 月至 2024 年 2 月運行的最近一次等離子體活動中,成功將爐內離子溫度達100,000,000°C 的等離子體維持了 48 秒。數字比未升級的 2021 年運行足足多了 18 秒。此外,運行還實現了高約束模式(H 模式)超過 100 秒。

在 100,000,000°C 時,等離子體中的重氫同位素被迫融合在一起,以類似太陽核心般釋放能量。 然而,這種有望提供更清潔、近乎無限的核聚變能量,多年來都面臨如何利用磁場來遏制超高溫等離子體的活動。

KSTAR 的新記錄源於 2023 年對反應爐偏濾器的升級,該組件可處理反應爐內最熱的溫度,同時將廢物排出。 KSTAR 的偏濾器現時由鎢製成,該過渡金屬具有非常高的熔點,但不會像海綿一樣吸收等離子燃料,也不會像過往的碳偏濾器一樣與等離子反應。

然而,偏濾器將必須被證明能在太陽溫度高 6 倍情況下有同樣性能,但這絕對不是易事。 KFE 研究人員已預計,新偏濾器的性能與舊碳偏濾器非常相似,鎢可能破碎或新裝置無法產生等離子體的風險。

鎢偏濾器也不是唯一有助提升 KSTAR 性能的升級。 KFE 與美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室合作,並於本年 2 月在《自然通訊》上發表文章,描述了團隊如何找到一種方法來穩定等離子體邊緣的弱點,這些弱點是由將等離子體保持在磁場中的磁線圈中的微小缺陷引起。

此改進亦為 KSTAR 帶來第二個里程碑:將等離子體保持在稱為 H 模式的高效狀態下 102 秒。之前的嘗試僅限於幾秒,然後 KSTAR 性能急劇下降。

理想情況下,一個全面運作的核聚變電站將在 H 模式的臨界溫度下運行一段時間,以產生可持續的能源。

團隊目前正在審查這批最新的實驗數據,這些數據將用於國際熱核聚變實驗反應爐 (ITER) 的準備工作;如果能夠克服預算和技術障礙,該反應爐可能成為世界上最大的托卡馬克式 (tokamak) 核聚變反應爐。

團隊希望能更快就突破離子溫度達到 100,000,000°C 維持 50 秒的大關,從而實現該計劃的最終目標,即在 2026 年底達到維持 300 秒、溫度超過 100,000,000°C 的等離子體運作。

這比 KSTAR 目前的記錄長六倍,但仍比中國實驗性先進超導托卡馬克 (EAST) 反應爐短幾分鐘,截至去年 4 月, EAST 已可產生並維持等離子體攝氏 1 億度近 7 分鐘。

但是,為核聚變反應爐提供動力並產生等離子體反應,即使是幾秒也需要大量能量,因此要令核聚變反應爐產生大量清潔能源,還需要幾十年的時間。

來源:

EurekAlert, Green light on continuous fusion plasma operations technology

Science Alert, Korean Fusion Reactor Sets New Record For Sustaining 100 Million Degree Plasma

文/AC

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