失控電子的危害

“聚變反應堆通過將較輕的原子核融合成一個較重的原子核來提取巨大的能量，”洛斯阿拉莫斯國家實驗室(LANL)在新聞發布會上說。

為了實現這一點，科學家們需要創造一個超熱的等離子體，這是一種電子從原子中剝離出來的物質狀態，它的溫度超過1.5億攝氏度。“但是極端條件會滋生不穩定性，這種不穩定性的一個嚴重副產品就是失控電子，致使等離子體經常試圖逃離反應堆。”LANL在新聞發布上會強調。

這些電子被加速到接近光速后能夠逃離限制它們的磁場，并與反應堆壁發生碰撞，碰撞可能會造成重大損害，導致需要進行昂貴的停機維修，因此控制和減輕失控電子的影響是聚變反應堆設計和運行中的一個重要考慮因素。

LANL的聚變專家Michael Lively說，“這不是隨著時間推移而造成的損害，在極端情況下，光束甚至可以在堅固的鎢墻上打一個洞，損壞下面的冷卻機制。”為此他提出了解決這個問題的方法，即使用“鎢霰彈槍”。

“鎢霰彈槍”的效果

鎢是自然界中熔點最高的金屬，其熔點為3422℃，這使得它能夠在極端熱負荷條件下保持穩定，它還具有良好的抗輻照性能，能承受高能粒子的轟擊，鎢因其卓越的強度和高熔點已經被選為反應堆壁建設的關鍵組成部分。

“Michael Lively的鎢霰彈槍會向反應堆注入一束毫米大小的鎢顆粒，以攔截失控電子，”LANL解釋道。Michael Lively進行的廣泛模擬顯示了鎢霰彈槍方法的有效性，注入的鎢顆粒有效地與失控電子發生碰撞，吸收它們的能量并將它們從破壞性軌跡上偏轉。結果表明，失控電子束在與鎢顆粒接觸后幾乎立即被中和。

“鎢吸收了8%的失控電子，而其余92%被反彈或散射出軌道，不再有損壞反應堆的風險，”LANL斷言。

此外，模擬揭示鎢顆粒在反應堆中的停留時間比失控電子長得多。Michael Lively發現失控電子在反應堆中的軌道時間僅為130納秒，而鎢顆粒的壽命為100,000納秒。這意味著一次性注入鎢顆?？梢蕴峁Χ啻问Э仉娮邮录拈L期保護，提高了這種方法的效率和實用性。

這項研究的下一階段內容是在實驗性聚變反應堆中測試鎢顆粒注入方法，如果這些測試證實了模擬結果，那么這項技術將可以集成到未來聚變反應堆設計中去，為更清潔、更可持續的能源未來鋪平道路。

“我們應該能夠在不造成部件損壞或停機進行昂貴維修的情況下，來保護核聚變反應堆不受等離子體控制損失的影響，而且是在幾乎不產生任何經濟影響的情況下做到這一點，”Michael Lively總結道。