美国能源部下属的普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家们一直在探索如何控制聚变反应堆内部产生的强烈热能。
他们提出了一种创新概念，即锂蒸汽容器（类似“洞穴”）和多孔等离子体壁，这些设计旨在保护托卡马克装置（一种呈环形甜甜圈形状的聚变容器）不受等离子体产生的极端高温的侵害。
“PPPL在利用液态金属，尤其是液态锂，来增强聚变性能方面的专业知识，有助于我们完善如何在托卡马克内部最佳部署这种材料的想法，”PPPL托卡马克实验科学的负责人Rajesh Maingi强调。他是最近在《核聚变》杂志上发表的一篇关于锂的最佳放置位置的论文的共同作者。
战略布局
通过大量的计算机模拟，研究人员确定了锂蒸汽容器的最佳位置：靠近托卡马克底部，紧挨着中心柱。
PPPL在新闻稿中指出：“锂蒸汽容器的设计理念是让边界层中的锂远离高温的聚变核心等离子体，但又足够接近过热区域。”
这种战略性的布局使得锂蒸汽能够有效地从私有通量区（一个与核心等离子体不同的区域）散发热量，同时不破坏等离子体的高温状态。
PPPL的副研究员、物理学家Eric Emdee，也是这篇关于锂放置位置的新论文的主要作者，他强调说：“除非将锂蒸发器放置在私有通量区，否则它实际上无法发挥作用。”
通过在多余热量到达托卡马克壁之前捕获并中和这些热量，锂蒸汽容器发挥了至关重要的保护作用。
简单的解决方案和有针对性的冷却
研究人员最初设想的是一个“金属盒子”，但后来发现，一个更简单的“洞穴”结构，类似于半个盒子，就足以容纳锂蒸汽。
“多年来，我们一直认为我们需要一个完整的四面体盒子，但现在我们知道我们可以制作一些更简单的东西，”Emdee指出。
值得注意的是，这种新的流线型设计不仅优化了锂的蒸发路径，增强了其吸热能力，而且还简化了设备的结构，使其更加实用且具有成本效益。
除了锂蒸汽容器之外，PPPL的科学家们还提出了另一种热管理解决方案：面向等离子体的多孔壁。
这种创新的壁面设计允许液态锂直接流向暴露于等离子体的表面，从而在最需要的地方提供精确的冷却。
“多孔等离子体壁的优点在于，你不需要改变约束容器的形状。你只需更换等离子体壁上类似瓦片的材料即可，”PPPL的首席工程分析师Andrei Khodak解释道。
为核聚变未来铺平道路
商业化聚变能源的道路充满了挑战，但PPPL正在开发的创新解决方案带来了一线希望。通过解决聚变反应堆内热管理的关键挑战，科学家们为未来聚变能成为一种可行且可持续的能源来源奠定了基础。
锂蒸汽容器和多孔等离子体壁只是PPPL正在进行的一系列开创性工作的一部分，这些工作预示着聚变能源的光明前景。
参考链接：
- https://interestingengineering.com/energy/us-breaks-fusion-reactor-heat-barrier