2024年9月5日，INTERESTING ENGINEERING 发布了最新新闻稿《Gamma rays reveal power levels with precision in nuclear fusion reactors》，介绍了一项科学界的突破性进展。文章指出，计算氘氚反应产生的伽马射线为验证聚变功率提供了一种新方法，这对于聚变能源的研究和未来发电厂的许可都至关重要。
研究人员取得了一项重大突破，开发出了一种测量核聚变反应堆功率的创新方法。他们发现，在氘氚核反应过程中产生的伽马射线，可以作为测量新型聚变反应堆功率输出的精确且替代的手段。
目前，磁约束聚变装置主要依赖绝对中子计数来直接测量聚变功率。
研究人员表示：“然而，这项技术存在一些挑战：中子从像托卡马克这样的大型反应堆源发射和传输过程中，以及它们与反应堆材料相互作用时，需要依赖复杂的模拟程序。此外，为了验证这些程序的准确性，还需要进行既耗时又成本昂贵的校准工作。”
研究团队已经开发出一种创新的测量技术，通过分析氘氚核反应中产生的伽马射线与中子的分支比率，为核聚变反应堆的功率测量提供了一种新的、之前未被充分利用的替代方法。这种方法允许研究人员通过监测稀有伽马射线的发射来间接评估聚变功率，从而为核聚变能的研究和应用开辟了新的可能性。
一、伽马射线测量
通过计数这种反应过程中发射的稀有伽马射线，研究人员现在能够独立于传统的中子计数技术，获得有关聚变功率的宝贵信息。
“氘氚伽马射线的绝对计数可以提供验证科学结果所需的次级中子独立技术，并作为未来电厂的许可工具，”研究团队解释道。
这种新方法涉及对两种特定能量约为13 MeV和17 MeV的伽马射线进行精确测量。
意大利国家研究委员会(CNR-ISTP)的研究员、该研究的作者之一Marica Rebai表示：“通过这项以前从未进行过足够精确的测量，我们能够确定这两种伽马射线发射的能量和相对强度。这种伽马射线发射过程的相对概率（称为分支比率）远低于14 MeV中子发射的概率。”
二、对未来聚变反应堆的影响
这项研究对未来聚变反应堆具有重要意义。领导另一项同一主题研究的Andrea Dal Molin和Davide Rigamonti表示，这一结果使他们能够发现每产生42,000个14 MeV中子，就会有一个伽马射线被发射。
“这为使用绝对伽马射线测量作为中子测量的替代和补充方法铺平了道路，用于确定基于氘-氚反应的新型聚变反应堆（如ITER和SPARC）所实现的功率，”Dal Molin和Rigamonti补充道。
国际热核聚变实验反应堆(ITER)是一个全球合作项目，旨在证明聚变能的可行性。它需要两种独立的方法来准确测量其产生的能量。
项目协调员、CNR-ISTP研究主管Marco Tardocchi强调：“到目前为止，缺乏直接的替代绝对中子计数方法，这一问题对独立验证正在进行的实验的结果以及未来商业电厂的授权造成了障碍。”
三、更广泛的应用和未来前景
这项新开发的基于伽马射线的技术有潜力成为ITER功率测量的第二种必要方法，从而提高其精度和可靠性。
这一发现不仅对ITER重要，对整个聚变能源研究领域也具有深远影响。它还为研究不产生中子的替代聚变反应，如质子-硼或氘-氦-3，提供了可能。这些反应有望在未来提供更清洁、更高效的能源生产。
研究团队对未来充满乐观，并计划将他们的伽马射线测量技术应用于下一代磁约束反应堆。
参考链接：
- https://interestingengineering.com/energy/gamma-rays-reveal-nuclear-reactor-power