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核融合動力的兩種超環(huán)面(甜甜圈形狀)的磁約束裝置

2017/2/3 11:07:43

仿星器設(shè)計是造成文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐特別有趣的原因。它有一個嵌入在磁瓶內(nèi)的真空室，由一個70個超導(dǎo)磁線圈的系統(tǒng)所組成。這些超導(dǎo)磁線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場來約束熱電漿。

仿星器和托卡馬克是作為調(diào)查核融合動力的兩種超環(huán)面(甜甜圈形狀)的磁約束裝置。

在這些實驗中，強(qiáng)大的超環(huán)面(或環(huán)狀)磁場產(chǎn)生磁瓶，來約束電漿。

然而，為了使電漿在甜甜圈形狀的真空室中有很好的約束，磁場需要有一個轉(zhuǎn)折。在托卡馬克反應(yīng)爐里，例如國際熱核融合實驗反應(yīng)爐，電漿中的大電流產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)折路徑。

然而，大電流可以迫使''轉(zhuǎn)折點(kink)''不穩(wěn)定性，能夠造成電漿變得支離破碎。

如果電漿是支離破碎的話，反應(yīng)爐需要充滿氣體來熄滅電漿，并防止破壞實驗。

在仿星器中，磁場中的轉(zhuǎn)折是藉由扭轉(zhuǎn)整座機(jī)器本身來產(chǎn)生。這會移除大的超環(huán)面電流，并且使得電漿從本質(zhì)上更穩(wěn)定。

在磁線圈的工程復(fù)雜性和降低的約束所產(chǎn)生的費用，意味著電漿不太容易被包含在磁泡(magnetic bubble)內(nèi)。

盡管文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐和國際熱核融合實驗反應(yīng)爐采用不同的方式，大部分的底層技術(shù)是相同的。

它們都是超環(huán)面超導(dǎo)機(jī)器，而且都使用外部加熱系統(tǒng)，例如無線電頻率和中性粒子束注入來加熱電漿，并且很多的電漿診斷技術(shù)是共同的。

在發(fā)電廠，氫的重同位素(氘和氚)融合形成了氦，并伴隨著一個精力充沛的中子。

雖然氦被包含在電漿內(nèi)，但是中子具有中性電荷，并且射進(jìn)圍繞電漿的''毯子(blanket)''里。這會加熱毯子，結(jié)果驅(qū)動產(chǎn)生電力的蒸汽渦輪機(jī)。

橫跨核融合功率的一個共同特點是，需要開發(fā)出能夠承受由核融合反應(yīng)所產(chǎn)生的高熱和快速中子的材料。

不管設(shè)計如何，核融合反應(yīng)爐的第一道墻是必須在整個壽命期間，承受來自高能粒子的大量轟擊。

在這個階段，還太早來說國際熱核融合實驗反應(yīng)爐使用的托卡馬克設(shè)計，或是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐使用的仿星器，哪一個更適合于商業(yè)用的核融合發(fā)電廠。

但是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐研究運作的開始不僅有助于決定哪種技術(shù)可能是最好的追求，而且會為任何未來的核融合實驗，貢獻(xiàn)出寶貴的知識，而且或許有一天成為真正的能量革命。

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