铍元素在核聚变中的巧妙应用

　　美国能源部普林斯顿等离子体实验室(PPPL)和通用原子学的物理学家们得出结论，向ITER中注入微量铍颗粒有助于稳定等离子体，从而促进聚变反应。实验和计算机模拟发现，注入的颗粒有助于在等离子体中创造条件，从而引发成为边缘局部化模式(ELM)的小喷发。如果频率足够高，这些ELM可以阻止大规模的喷发，从而暂停核聚变反应并防止破坏ITER设施。

　　世界各地的科学家都在寻求复制核聚变的方法，以获得几乎取之不尽的电力供应。这个过程涉及到等离子体，一种由自由浮动的电子、离子和原子核组成的非常热的“汤”，原子核的合并释放出巨大的能量。在目前的实验中，研究人员将碳、锂和碳化硼的颗粒(轻金属且具有铍的若干特性)注入到DIII-D国家核聚变设施中，该设施由通用原子公司为圣地亚哥的能源部运营。“这些轻金属是DIII-D中常用的材料，它们与铍具有多种相同特性。”PPPL物理学家罗伯特·伦斯福德说。由于这三种元素和铍的内部结构相似，科学家推断所有这些元素都会以类似的方式影响ITER等离子体。

　　这种实验是同类实验中的第一个。PPPL等离子边缘研究负责人、论文合著者拉杰什·美因基说：“这是第一次试图弄清楚这些杂质颗粒如何渗透到ITER中，以及是否能在温度、密度和压力上作出足够的改变来触发ELM。事实上，这种颗粒注射技术与这些元素的结合是有帮助的。”如果被证实，注射可以降低ITER中大ELM的风险。伦斯福德说：“自发产生的ELM将能量注入ITER第一道墙，这足以对墙造成严重的破坏，如果不采取任何措施，组件寿命将非常短，可能需要每隔几个月就更换一次部件。”伦斯福德还使用了他自己编写的一个程序，该程序显示，注射直径约为1.5毫米(牙签厚度)的铍颗粒，会以一种可能引发小ELM的方式渗入到ITER等离子体边缘。在这种尺寸下，足够多的颗粒表面会被蒸发或烧蚀，以允许铍穿透到等离子体中最有效触发ELM的位置。下一步将进行计算，讨论研究由ITER中的杂质颗粒引起的密度变化是否确实会如实验和模拟所示触发ELM，这项研究目前正与ITER的国际专家进行合作。

　　研究人员设想，铍颗粒的注入只是众多工具中的一种，包括使用外部磁铁和注入氘颗粒，来管理像ITER这样的圆环形托卡马克装置中的等离子体。