聚變?nèi)萜饔幸粋€(gè)“金發(fā)姑娘問(wèn)題”：容器內(nèi)的等離子體需要足夠熱才能產(chǎn)生凈功率，但如果溫度過(guò)高，就會(huì)損壞容器內(nèi)部。普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室 (PPPL) 的研究人員正在探索排出多余熱量的方法，其中包括幾種使用液態(tài)金屬的方法。
美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室的研究人員表示，一種可能的方法就是讓液態(tài)鋰在容器底部的一系列瓷磚板條上上下下流動(dòng)。液態(tài)金屬還可以幫助保護(hù)面向等離子體的部件免受中子粒子的轟擊。
PPPL 的 Egemen Kolemen 是這項(xiàng)研究的2022 年論文的合著者，也是機(jī)械和航空航天工程副教授和安德林格能源與環(huán)境中心的副教授，他說(shuō)：“經(jīng)濟(jì)型商用聚變反應(yīng)堆的主流選擇是緊湊型設(shè)計(jì)。”然而，緊湊性使得處理熱流和中子轟擊成為更大的挑戰(zhàn)。
“目前，還沒(méi)有可用的固體材料可以承受這些負(fù)載。流動(dòng)的液態(tài)金屬有可能解決這些材料難題。”
在磁力和電流的驅(qū)動(dòng)下，液態(tài)金屬在穿過(guò)薄板條頂部邊緣時(shí)，只會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)直接暴露在等離子體的熱量中。然后，金屬會(huì)沿著兩個(gè)板條之間的間隙形成的通道流動(dòng)。當(dāng)液態(tài)金屬下降到設(shè)備底部(稱為偏流器)時(shí)，液體會(huì)冷卻。最終，液態(tài)金屬會(huì)回到板條頂部，聚集熱量并再次下落。
流動(dòng)回路最大程度減少因蒸發(fā)而損失的液態(tài)金屬
冷卻系統(tǒng)原型的實(shí)驗(yàn)非常成功，結(jié)果與模擬結(jié)果一致。“我們能夠復(fù)制板條周?chē)牧鲃?dòng)環(huán)路，這就像該機(jī)制的工作原理，”普林斯頓大學(xué)機(jī)械和航空航天工程系研究生、偏濾器論文合著者 Francisco Saenz 說(shuō)道。
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