最近完成的一個協(xié)調(diào)研究項目增進了對在發(fā)展作為未來能源的聚變方面取得進展必不可少的基本原子和分子過程的了解。具體地說，該項目生成并評價了以電磁輻射形式釋放能量的氫和氦碰撞及其輻射過程的數(shù)據(jù)。聚變反應可以在一種稱做等離子體的物質(zhì)形態(tài)中發(fā)生。等離子體為極高溫帶電氣體，是此項研究的重點。

“該協(xié)調(diào)研究項目的數(shù)據(jù)拓展了我們模擬聚變裝置中進行的復雜過程的能力，讓我們更清楚實驗反應堆中發(fā)生的反應，”參加該協(xié)調(diào)研究項目的荷蘭國家數(shù)學和計算機科學研究所的研究員Bastiaan Braams說。

作為為太陽提供能量的反應核聚變有潛力以水和鋰為燃料幾乎無限量地供應清潔、無碳能源。然而，若要在商業(yè)上切實可行地利用核聚變能量，目前還存在嚴峻的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括在極高溫度下保護反應堆壓力容器壁和控制聚變反應 — 這就是該協(xié)調(diào)研究項目助力研究的領域。

該項目研究了聚變裝置中的氫氦碰撞和反應，主要是氫反應，包括其同位素氘和氚及其各種分子和分子離子。這有助于研究人員努力開發(fā)一個經(jīng)嚴格評價的碰撞截面（即粒子需要靠多近才能引起碰撞）和反應速率系數(shù)（即化學反應速度）的數(shù)據(jù)庫。反過來，這一數(shù)據(jù)庫將有助于世界各地研究人員更輕松、更精確地進行計算。

該協(xié)調(diào)研究項目有來自12個國家研究機構(gòu)的研究人員與原子能機構(gòu)合作參與，已生成了幫助科學家們創(chuàng)建模擬工具的重要數(shù)據(jù)，以模擬在聚變相關(guān)條件下的氫原子和相關(guān)分子。

受控聚變反應原理

在太陽的核心，高密度等離子體中不斷發(fā)生著氫原子聚變反應 — 這個過程為我們的恒星提供了能量，使之發(fā)光。這些反應需要極高能量，才能將微量物質(zhì)轉(zhuǎn)化成巨大能量（根據(jù)愛因斯坦著名的方程式E=mc²）。

在聚變反應堆內(nèi)，堆芯反應需要高溫，但這種高溫在聚變室靠近內(nèi)壁的外部區(qū)域迅速降低。了解這個區(qū)域即所謂等離子體邊緣的物理特性，對于保護反應堆內(nèi)壁和控制堆芯聚變反應本身都至關(guān)重要。控制核聚變進行發(fā)電的技術(shù)難題之一是模擬在邊緣等離子體中發(fā)生的原子和分子過程。事實上，即使就最簡單的原子（氫）而言，我們對于其等離子體物理學的量子過程仍知之有限，還存在重大空白。

該項目生成的大量新信息將添加到原子能機構(gòu)的“標記原子數(shù)據(jù)界面”核數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫中，現(xiàn)已生成了68篇同行評審期刊文章。該協(xié)調(diào)研究項目的最終出版物于2017年5月發(fā)表在《原子》 期刊上。