洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LANL)的研究人員正在探索一種創(chuàng)新方法，以緩解聚變能源開(kāi)發(fā)中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)——失控電子的有害影響。聚變反應(yīng)堆通過(guò)將較輕的原子核聚變成較重的原子核來(lái)提取巨大能量，但在這一過(guò)程中，過(guò)熱等離子體(溫度超過(guò)1.5億攝氏度)的不穩(wěn)定性會(huì)導(dǎo)致電子失控，逃離磁場(chǎng)并與反應(yīng)堆壁相撞，造成潛在損害。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，洛斯阿拉莫斯的核聚變專家邁克爾·萊夫利(Michael Lively)提出了使用“鎢霰彈槍”的解決方案。該方法通過(guò)向反應(yīng)堆中注入一束毫米寬的鎢粒子來(lái)攔截失控電子。鎢因其優(yōu)異的強(qiáng)度和高熔點(diǎn)而被選中，已成為反應(yīng)堆壁結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件。

模擬結(jié)果表明，鎢霰彈槍方法非常有效。注入的鎢粒子與失控電子發(fā)生碰撞，吸收其能量并使其偏離破壞性軌跡。失控電子束在接觸鎢粒子時(shí)幾乎立即被中和，其中8%的失控電子被鎢吸收，其余92%則被彈離或散射出軌道，不再對(duì)反應(yīng)堆構(gòu)成威脅。

此外，鎢粒子在反應(yīng)堆內(nèi)停留的時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于失控電子，意味著一次鎢粒子注入可以提供針對(duì)多次失控電子事件的長(zhǎng)期保護(hù)。這一發(fā)現(xiàn)提高了該方法的效率和實(shí)用性。

下一步，研究人員將在實(shí)驗(yàn)性聚變反應(yīng)堆中測(cè)試鎢粒子注入方法。如果測(cè)試成功，這項(xiàng)技術(shù)有望被融入到未來(lái)的聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，為保護(hù)聚變反應(yīng)堆免受等離子體控制的損失提供有效手段，無(wú)需損壞組件或停機(jī)進(jìn)行昂貴維修，為更清潔、更可持續(xù)的能源未來(lái)鋪平道路。