科学家将密度限制突破10倍，核聚变更接近现实

如果能先解决一些相当棘手的基本物理问题，核聚变有望通过类似于为太阳提供动力的过程，提供几乎无限的、可持续的能源。

目前，正在研究的从原子中挤压能量的方法有很多种，每种方法都有各自的优缺点。新的研究表明，我们可能很快就会有一种方法，来克服使用被称为托卡马克的环形隧道的过程中的一个主要障碍。

由于威斯康辛大学的一组研究人员的努力，先前被称为格林沃尔德界限（Greenwald limit）的托卡马克聚变理论障碍现在被打破了十倍。

尽管这一界限背后的机制尚不清楚，但经验法则为托卡马克加热等离子体中的电子密度设定了上限。

有一个可靠的方法来突破这个界限意味着，我们可以在托卡马克聚变反应堆的稳定性和效率方面取得飞跃，让我们更接近核聚变成为现实的那一天。

“这里展示的是托卡马克实验，在稳定条件下，电子密度超过格林沃尔德界限的十倍，这是前所未有的，”研究人员在他们发表的论文中写道。

核聚变 —— 迫使原子核聚集在一起释放剩余能量 —— 需要由构成等离子体的带电粒子的约束产生的高温。

托卡马克是一种特殊类型的核聚变反应堆，它利用电流驱动等离子体通过一个巨大的空心环的中心。在这种带电粒子的热混乱中，磁场有助于将其限制在一定范围内，然而等离子体比类似的方法更容易产生不稳定性，并且高度受到等离子体电子密度的严格限制。电子密度越高，反应越多，能量越多。

研究小组认为，MST的两个关键特征有助于全面突破这种密度的限制：厚厚的导电壁（用于稳定操纵等离子体的磁场），以及可以根据反馈调整的电源（同样，这对稳定性至关重要）。

研究人员写道：“最大密度似乎是由硬件限制而不是等离子体不稳定性决定的。”

这是托卡马克聚变在最近一系列成功中的又一次胜利。在过去的几年里，科学家们一直在忙着建造更大的反应堆，增加它们产生的能量，并达到更高的温度来进行反应。

这并不意味着核聚变很快就能实现，这里有几点需要注意。等离子体并没有像聚变反应那样在超高的温度下运行，所以这些实验需要在这方面扩大规模。

这项新研究的作者们相信，科学家们将能够弄清楚如何在其他机器上获得这些结果 —— 尽管仍有工作要做，以准确分析为什么这种特殊的设置如此有效。

研究人员写道：“问题仍然存在，特别是为什么MST能够以高格林沃尔德分数运行，以及这种能力在多大程度上可以扩展到更高性能的设备上。”

这项研究发表在《物理评论快报》上。

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