一项新研究表明，通常由闪电产生的神秘、幽灵般的“惠斯勒波”可以保护核反应堆不受失控电子的影响。这些惠斯勒波自然在电离层的地面上找到，在地球表面的上空约有50到600英里(合80 000公里)。当闪电产生的电磁波在南北半球之间传播时，这些幽灵般的哨声就形成了。
这些波在穿过地球时发生频率变化，当信号由光转换成音频频率时，它们听起来像口哨。据发表在《物理评论快报》杂志上的一项最新研究表明，现在这些“whistler”波已经在一个托卡马克的热等离子体中被发现了。由于吹口哨者可以散射和阻碍高速电子，它们可以提供一种新的方法来防止失控的电子损坏托卡马克内部。
在托卡马克(tokamak)内的聚变能的概念图，一个为聚变能产生等离子体的甜甜圈形状的机器。一篇新论文发现，通常在电离层中发现的惠斯勒波在一个核聚变反应堆内。图片：Shutterstock
核聚变能量
在核聚变反应中，太阳和恒星的能量，原子相互撞击，在释放能量时聚变形成更大的原子。几十年来，研究人员一直在试图利用地球上的聚变能，利用tokamaks内部强大的磁场，将热等离子体包裹成环形的环状云，这是一个由带电气体组成的奇怪的物质阶段。在托卡马克内部，电场能更快、更快地推进电子。但是当这些高速电子穿过等离子体时，它们不能减速。通常情况下，物体在气体或液体中运动时，会感觉到阻力随速度增加。
例如开车越快，风阻力就越大。但在等离子体中，阻力随速度降低，使得电子加速到接近光速，破坏了托卡马克。田纳西橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的物理学家、这项新研究的合著者唐·斯潘(Don Spong)说，研究人员已经有一些技术来减轻跑步方式。他们可以使用人工智能算法来监测和调整等离子体的密度，以防止电子加速过快。
如果仍有跑道的话，他们可以向等离子体中注入冰冻的霓虹灯，从而增加等离子体密度，减缓失控的电子。Spong说：但惠斯勒波可能是另一种控制失控电子的方法，理想的做法是避免混乱和逃跑，但如果出现这种情况，希望有多种可用的工具来处理它们。
停止运行
在圣地亚哥DIII-D国家聚变设施的托卡马克，Spong的研究团队首次发现了由逃逸的电子产生的惠斯勒波。等离子体就像一件具有多种振动模式的果冻。如果一些失控的电子有正确的速度，它们会激活其中的一种模式，并触发惠斯勒波——类似于以正确的速度驾驶一辆旧车，会导致仪表板振动。Spong说：我们想做的是逆向工程，把这些波放在(等离子体)外面，分散跑路。通过更好地了解runaways是如何产生啸声的，研究人员希望他们能够逆转这一过程——使用外部天线来产生能散射电子的啸声，并阻止它们飞得太快。
Spong说，研究人员还需要进一步研究runaways和whistler之间的关系，例如通过确定哪种频率和波长最有效地抑制runaways，以及研究聚变反应堆所需的致密等离子体中发生了什么。当然，抑制失控的电子只是从核聚变中创造清洁能源的一个障碍。现在，聚变反应堆需要比核聚变产生的更多的能量来加热等离子体。为了达到收支平衡，研究人员还必须弄清楚如何使等离子体保持热度而不需要加热。但Spong对聚变能持乐观态度，我相信这是可以实现的。
2025年，法国南部的ITER项目将开始实验。科学家们希望这将是第一台能产生比用于加热等离子体更多能量的聚变机器。有几家集团已将目光投向了到2050年实现净积极聚变能源的目标。麻省理工学院和一家名为“联邦融合系统”的公司之间的新合作宣布，合作伙伴希望在15年内将核能融合到电网中。
博科园-科学科普｜文：Marcus Woo/Live Science
发表于 2018-5-28 22:05
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