科学家帮助测试创新设备以提高托卡马克的效率

美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的科学家帮助设计和测试了一种可以改善圆环形融合设施(称为托卡马克)性能的组件。该装置被称为“液态锂限制器”，已在中国实验先进超导托卡马克(EAST)的墙壁内循环保护液态金属，并使等离子体不会冷却并停止聚变反应。“ 核聚变 ”杂志于2016年3月公布了该实验的结果。该研究得到了美国能源部科学办公室的支持。

PPPL的边界物理研究和等离子体组件负责人Rajesh Maingi说：“我们在托卡马克中展示了连续的循环锂流数小时。” “我们还证明，流动的液态锂表面与高等离子体限制兼容，并且氢同位素氘的再循环减少到以前只能通过蒸发锂涂层实现的程度。再循环锂提供了一个清新，干净的表面，可用于持久的等离子体放电。“

与Maingi一起，研究团队包括工程师Charles Gentile，并从之前在PPPL工作过的物理学家Leonid Zakharov的关键领导和见解中受益。中国科学院等离子体物理研究所的科学家是该团队的一员，该团队制造了限制器，仅使用少量锂，并在低压下操作以确保安全。

该装置包含一个电磁泵，使锂从分配器循环到EAST托卡马克内部的成角度导板的顶部。该泵与EAST内的磁场一起工作，以在等离子体放电期间将锂驱动到板的顶部。然后锂沿着板的前表面流下并且用作等离子体和EAST容器的面向等离子体的部件之间的主要接触点。

该系统减少了当等离子体到达容器的其他部件时通常产生的杂质的产生。此外，与来自其他材料的杂质相比，等离子体容许更高量的锂杂质，因为锂的低原子序数产生非常少量的等离子体辐射，其通常冷却等离子体核心。

作为与等离子体接触的主要点，锂能够吸收从等离子体中心漂移的热氘离子，并防止它们撞击托卡马克的内壁并冷却。限制等离子体边缘处的冷氘量减少了热等离子体中心和冷却器边缘之间的温度差异，并减少了湍流。然而，作为旁注，发现与离子的接触会轻微损坏限制器装置的薄不锈钢箔表面，从而促进了改进设计的工作。

研究人员通过改变电磁泵的电流量，增加了对引导板前部流动的锂量的控制。这种控制非常重要，因为研究人员在实验前并不知道需要多少锂才能获得最佳的等离子体性能。更多地控制限制器意味着更多地控制托卡马克的性能，这是在尝试创建和维持聚变反应的最佳条件时的关键能力。

总而言之，该实验证实，液态锂可以通过电磁泵装置驱动，该装置与托卡马克的磁场一起工作，以提升和再循环液态金属并改善托卡马克的性能。研究的下一步将是修改限制器的表面，以减少与离子接触造成的损害。