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聚變研究的新參與者:克羅地亞在原子能機構(gòu)支持下啟動雙離子束設(shè)施

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目前,50多個原子能機構(gòu)成員國在開展受控核聚變和等離子體物理研究,以證明聚變作為能源的科學(xué)可行性。(照片來源: 國家航空航天局/CC)

能夠使不同加速器產(chǎn)生的兩個離子束同時組合的雙離子束設(shè)施在薩格勒布落成,加強了克羅地亞的聚變研究,并擴大了具有這種尖端能力的設(shè)施的全球供應(yīng)。魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所氦離子源和DiFU雙束流設(shè)施在原子能機構(gòu)支持下安裝,將有助于科學(xué)家測試和開發(fā)聚變能成為現(xiàn)實所必不可少的新結(jié)構(gòu)材料。全世界只有極少數(shù)此類設(shè)施。

聚變研究人員和工程師努力開發(fā)利用輕核聚變產(chǎn)生的能量的方法,輕核聚變過程相當(dāng)于恒星產(chǎn)生能量過程。這為充足、安全和無碳能源帶來希望。

然而,聚變反應(yīng)產(chǎn)生高能中子和α粒子,它們在暴露一段時間后,會損壞反應(yīng)堆壁。離子束技術(shù),如克羅地亞的雙束流設(shè)施,可以模擬這些極端條件,并有助于開發(fā)足夠堅固的新材料來維持這些反應(yīng)。 ?

“在這座1.0兆伏較小能量的串列式加速器上安裝的氦離子源是魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所加速器設(shè)施中最后一個缺失部件,該設(shè)施現(xiàn)在能夠進行聚變環(huán)境的最真實模擬,”魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所離子束相互作用實驗室資深科學(xué)家Milko Jasic說?!斑@項投資還將能夠增加離子束分析技術(shù)在各種其他應(yīng)用中的使用?!?/p>

“它將使研究人員和工程師除其他外,能夠測試材料是否堅固到足以承受聚變反應(yīng),”原子能機構(gòu)物理科科長Danas Ridikas補充說?!霸撛O(shè)施對歐洲以及其他地區(qū)的原子能機構(gòu)成員國來說也是個好消息。”

魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所通過1997年簽署的一項合作協(xié)議一直在與原子能機構(gòu)合作。原子能機構(gòu)向該研究所提供了設(shè)備,并通過一項能力建設(shè)計劃提供了援助。原子能機構(gòu)最近啟動了一項旨在促進世界范圍內(nèi)離子束設(shè)施實驗的新協(xié)調(diào)研究項目。來自原子能機構(gòu)其他成員國感興趣的科學(xué)家也可以利用該研究所,包括這一新的雙離子束設(shè)施。

推進聚變研究

在聚變裝置中,原子核被加熱到極高溫度以使它們聚變并釋放能量。Ridikas說,全球研究人員最近在聚變和等離子體物理方面取得了令人矚目的進展。目前,50多個國家在開展受控核聚變和等離子體物理研究,以證明聚變作為能源的科學(xué)可行性。

“世界各地在等離子體物理方面正在進行復(fù)雜的實驗和采取積極的行動,”Ridikas說。? “但重要問題仍然存在。例如:我們怎么能知道材料在經(jīng)過多年的受照后強度足以承受聚變反應(yīng)?”

在原子能機構(gòu)支持下,在魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所安裝了“氦離子源和DiFU雙束流設(shè)施”。(照片來源: 原子能機構(gòu))

像克羅地亞雙束離子設(shè)施這樣的技術(shù)可以模擬材料將在聚變堆中受照的類似情況 — 包括來自聚變的高能中子和α粒子產(chǎn)生的嬗變產(chǎn)物和造成的損傷。

“通過正確的測量、正確的溫度控制和撞擊材料的兩個同時發(fā)生的離子束(因而稱為雙束),我們正在創(chuàng)建一個可以從中獲得結(jié)構(gòu)材料如何對聚變力做出反應(yīng)的標(biāo)示的模擬現(xiàn)實,”Ridikas說?!巴ㄟ^這種方式,我們可以測試哪種材料經(jīng)得住和堅持多久。”

兩個束流都對準一個鋼制樣品 — 由于其堅固性通常被用于聚變堆的材料,以模擬聚變等離子體如何與該材料相互作用并改變該材料。除了可能破壞材料的晶體結(jié)構(gòu)之外,這種核相互作用還產(chǎn)生嬗變氣體產(chǎn)物,例如氦氣和氫氣。這可能導(dǎo)致在鋼內(nèi)部形成氣泡,從而引起材料膨脹。知道這些反應(yīng)是如何以及何時發(fā)生的,科學(xué)家就可以調(diào)整材料以消除這些不良影響。

上個月,原子能機構(gòu)和國際熱核實驗堆國際聚變能組織已商定加強其在核聚變研究方面的合作和相關(guān)活動,其長期目標(biāo)是在工業(yè)電廠規(guī)模上實現(xiàn)聚變能生產(chǎn)。國際熱核實驗堆是正在法國建設(shè)的一座國際實驗反應(yīng)堆,也是世界上最先進和最大規(guī)模的聚變實驗之一。與此同時,雙束流設(shè)施,例如魯?shù)隆げ┧箍凭S奇研究所安裝的雙束流設(shè)施,或設(shè)在西班牙、由歐盟引領(lǐng)的新的DONES倡議 — 聚變專用中子源,將推動材料試驗方面的研究。

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