科学家尝试解决在地球上获取聚变能源的关键挑战

导读：对于努力在地球上获取聚变能源的科学家来说，一个关键的挑战是防止所谓的“逃逸电子”（runaway electrons），即在中断的聚变实验中释放出的粒子。

据外媒报道，对于努力在地球上获取聚变能源的科学家来说，一个关键的挑战是防止所谓的“逃逸电子”（runaway electrons），即在中断的聚变实验中释放出的粒子。由美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的研究人员领导的科学家们使用了一种具有广泛功能的新型诊断仪来检测高能“逃逸电子”的诞生、线性和指数增长阶段，这可能使研究人员确定如何防止“逃逸电子”的破坏。

PPPL物理学家Luis Delgado-Aparicio说：“我们需要看到这些电子的初始能量，而不是当它们完全变强并以接近光速的速度移动时，”他领导了在威斯康星大学麦迪逊分校MST(Madison Symmetric Torus)实验室中检测早期“逃逸电子”的实验。Delgado-Aparicio说：“下一步是优化方法，在失控的电子群发展成‘雪崩’之前阻止它们，”他是第一篇论文的主要作者，该论文在《科学仪器评论》上详细介绍了这些发现。

聚变反应通过结合等离子体形式的轻元素产生大量的能量--等离子体是由自由电子和原子核组成的热的、带电的物质状态，构成了可见宇宙的99%。 世界各地的科学家正在寻求在地球上生产和控制核聚变，以获得几乎取之不尽、用之不竭的安全和清洁的发电动力。

PPPL与威斯康星大学合作，在MST上安装了多能量针孔相机，MST是该相机功能的测试平台。该诊断仪升级并重新设计了PPPL之前在麻省理工学院（MIT）现已关闭的Alcator C-Mod托卡马克上安装的相机，其独特之处在于不仅能够记录等离子体在时间和空间上的特性，还能记录其能量分布。

这种能力使研究人员能够描述超热等离子体的演变以及“逃逸电子”的诞生，而“逃逸电子”是从低能量开始的。Delgado-Aparicio表示：“如果我们了解能量含量，我可以告诉你什么是背景等离子体的密度和温度，以及逃逸电子的数量。因此，通过添加这个新的能量变量，我们可以找出等离子体的几个数量，并将其作为一种诊断方法。”

科学家使用新型相机推动了技术的发展。“这当然是一个伟大的科学合作，”物理学家Carey Forest说，他是威斯康星大学的教授，负责监督MST，他将其描述为 “一个非常强大的机器，可以产生逃逸电子，不会危及其运行”。

因此，Forest说：“Luis不仅能够诊断出电子被加速时的出生位置和最初的线性增长阶段，而且还能跟踪它们如何从外部运入，这种能力非常迷人。将他的诊断与建模进行比较将是下一步，当然，更好的理解可能会在未来带来新的缓解技术。”

Delgado-Aparicio表示：“我想利用我们在MST上开发的所有专业知识，并将其应用于大型托卡马克聚变反应堆。”

“我想和我的博士后一起做的是将相机用于很多不同的事情，包括粒子传输、约束、射频加热，还有这个新的转折点，对失控电子的诊断和研究，”Delgado-Aparicio说。“我们基本上想弄清楚如何让电子‘软着陆’，这可能是处理电子的一种非常安全的方式。”