您可能最熟悉元素锂作为智能手机电池的一个组成部分,但该元素也在清洁聚变能的发展中起作用??蒲Ъ颐欠⑾?,当用于聚变装置中的钨表面时,锂可以减少等离子体的周期性不稳定性,从而损坏反应堆壁。

美国能源部(DOE)普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家以及中国实验先进超导托卡马克(EAST)的合作者证明,锂粉末可以消除不稳定性,即边缘局部模式(ELM)。用于涂覆面向钨等离子体的组件,称为“偏滤器” - 从废气中排出废热和颗粒的单元,用于促进聚变反应。如果不管,这种不稳定性会损坏偏滤器并导致融合反应失败。

对于计划将钨用于他们自己的用于锂的偏滤器的未来设备而言,结果是个好消息。

过去在EAST上使用锂粉的实验证实了金属能够消除或降低在等离子体外缘可能损坏偏滤器的ELM周期性爆发的频率和强度。当等离子体进入称为高限制模式的高能状态或H模式时,ELM会定期发展,H模式可以更有效地保持等离子体内的热量。ELM还可以释放大量的热量,这些热量会损坏面向等离子体的组件并释放可能进入等离子体并冷却聚变反应的侵蚀材料。

在过去的实验中,EAST的上部和下部偏转器涂有轻质多孔碳而不是重金属钨。“因此,问题在于锂是否会对钨壁产生与碳壁相同的影响,”PPPL物理学家Rajesh Maingi说,他是中国科学院等离子体物理研究所胡建生的主要作者一篇描述核聚变期刊结果的论文。

这个问题受到质疑,因为最近对其他圆环形托卡马克的研究,如德国的Axi-Symmetric Divertor Experiment-Upgrade(ASDEX-U),已经表明由钨制成的等离子体部件实际上降低了锂涂层的能力控制ELM。与重力注入EAST实验的锂粉相比,通过大型快速颗粒将锂注入ASDEX-U中。

在最近的实验中,研究人员操纵了EAST内的等离子体,使其在托卡马克内的两个偏滤器的上部耗尽了废热。与由碳制成的下部偏滤器不同,上部偏滤器由钨制成。

结果表明,当与等离子体在碳上排出热量时,注入与钨接触的等离子体中的锂会降低ELM,就像锂一样。物理学家现在已经越来越相信,用于减少当前融合机器中ELM的技术将来能够减少大型机器中的ELM,只要它们设计为与锂兼容即可。

研究小组指出,随着实验的进行,消除ELM变得更加容易,这表明随着时间的推移,消除锂可能需要更少的锂。因此,科学家们希望找到一种方法来调节注入等离子体的锂量,一旦ELM消失就可以降低注入速率,从而控制锂库存并优化等离子体的性能。