控制「逃逸電子」新方法：為可控核聚變帶來可能

「逃逸電子」其實是具有極高能量的帶電粒子，能夠在聚變反應堆中毫無預警地加速，並摧毀反應堆的外牆，比如圖中英國的托卡馬克核聚變裝置——歐洲聯合環（JET）——的金屬外牆。

科學家發現了一種控制「逃逸電子」的新方法，朝著新型核聚變能源系統的開發又邁進了一步。

所謂的「逃逸電子」其實是具有極高能量的帶電粒子，能夠在聚變反應堆中毫無預警地加速，並摧毀反應堆的外牆。一項新研究發現，注入重離子的方法有可能使這些粒子減速，從而為世界首個可運轉聚變反應堆的開發提供了可能。

瑞典查爾摩斯工學院的等離子體物理學家發現，重離子可以在托卡馬克類型的反應堆中起到減緩電子速度的作用。托卡馬克又稱環磁機，是一種利用磁約束來實現磁約束聚變的環形容器。

舉例來說，當氖和氬以氣體或微粒形式存在時，能夠用來與高能電子進行碰撞。在每一次碰撞過程中，高能電子會遇到阻力並減慢速度。研究人員表示，利用他們的新模型，可以預測出這些逃逸電子的能量，並確定它們將如何變化。

「當我們能使逃逸電子有效減速的時候，我們就與可運轉聚變反應堆更近了一步，」博士生Linnea Hesslow說，「考慮到世界能源需求在不斷增長，而可持續的解決方法卻非常有限，因此，如果能實現可控核聚變的話將非常令人振奮，因為它的燃料就來自普通海水。」

這項新研究或許能幫助解決困擾這類系統的眾多挑戰之一，即需要超高壓力和極高溫度（大約1.5億度）才能使原子結合。這一過程模擬了太陽內部發生聚變反應。

聚變反應涉及到在高溫和高壓條件下，使較輕的原子核（如氫）結合產生更重的原子核（如氦）。當重氫（氘）和超重氫（氚）原子核——可以在氫原子中發現——融合時，會形成一個氦原子核和一個中子，並釋放出巨大的能量。這樣的融合需要將燃料加熱到超過1.5億攝氏度的高溫，形成大量的等離子體。

強磁場可以用來約束等離子體，阻止它們冷卻下來使反應停止。目前，托卡馬克是用於生產受控聚變能中研究最深入的裝置類型，也是未來設計核聚變反應堆的基礎。過去50年來，全世界的科學家一直在努力嘗試，希望使可運轉的聚變反應堆成為現實。但截至目前，我們還未見到任何商業性的聚變能電廠出現。

這項新研究或許能幫助解決困擾這類系統的眾多挑戰之一，即需要超高壓力和極高溫度（大約1.5億度）才能使原子結合。「這項工作的意義是巨大的。研究結果將用於未來的大規模實驗中，並為困難問題的解決帶來了希望，」 Tünde Fül?p教授說，「我們期待這項工作能帶來重大的進展。」

近期有關核聚變的研究還取得了另一些重要的進展。例如，位於法國南部的國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）就由於在該領域的前景而吸引了許多關注。不過，這類反應堆目前所產生的能源還未超過為其供應的能源，同時還面臨著許多其他障礙。此次新研究或許將幫助解決逃逸電子的問題，為聚變能的有效利用提供了可能。

「許多人相信（聚變反應堆）會成功，但其實前往火星要比實現聚變容易得多，」 Hesslow說，「你可能會說我們是嘗試在地球上收穫恆星能量，但這還需要時間。在地球上成功實現聚變需要極高的溫度，比太陽中心的溫度還高。這也是我希望研究能得到所需的資源，從而及時解決能源問題的原因。」（任天）

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