- DIII-D 國家核融合設施首次證實螺旋電流驅動的可行性。
- 研究團隊發射 476 兆赫的螺旋波來驅動等離子體電流。
- 測試顯示電子壓力低於預期，功率吸收效率不足。
- 結合多種電流驅動類型可能增加系統的複雜性。
位於聖地亞哥的 DIII-D 國家核融合設施的研究人員報告稱，首次實驗證據顯示出螺旋電流驅動的可行性，這是一種利用無線電波推動託卡馬克內部等離子體電流的方法。該結果發表於《物理評論快報》，由通用原子公司物理學家 Jeff Lestz、Bob Pinsker 和 Bart Van Compernolle 共同擔任首席作者。託卡馬克是一種環狀機器，通過磁場將等離子體（超熱的帶電氣體）固定在特定位置。
大多數託卡馬克利用一個稱為螺線管的中心線圈來誘導等離子體的電流，該線圈必須重置，從而結束每個脈衝。Pinsker 向 Gizmodo 表示，DIII-D 的脈衝持續約 10 秒。Lestz 指出，商業設計通常需要穩定運行。研究人員在 1980 年代曾嘗試過這類無線電波。該論文指出，他們觀察到的電流是由於意外轉換為其他波型，因此螺旋電流驅動從未得到確認。
無線電波驅動的測試結果
團隊從一個約 5 英尺（1.5 米）長的 30 模塊天線發射 476 兆赫的螺旋波。根據論文，在這次電流驅動測試中注入了 370 千瓦的功率，團隊比較了三種不同的發射情況：螺旋功率、無附加功率和相似強度的微波加熱。僅通過熱量可以改變等離子體的電流，因此此比較可以分離這兩種效應。使用螺旋功率時，中心附近的電子溫度上升了約 1 千電子伏，這一粒子能量單位大約相當於 2100 萬華氏度（1160 萬攝氏度）。
安全因子，即磁場扭曲的度量，較加熱單一發射的情況下下降得更快。核心內部的鋸齒現象，即重複的溫度下降，大約在 1500 至 1600 毫秒時開始，而在沒有使用螺旋功率的情況下則為 1900 至 2000 毫秒，或根本不發生。作者計算出在中心附近的驅動電流為 20 千安培，誤差範圍為正負 10，模擬預測該區域的電流為 21 千安培。論文表示，該等離子體的密度足以排除其他波型。
電流驅動的挑戰與未來
論文指出，測試等離子體的電子壓力遠低於預期的反應堆水平。在這些等離子體中，模擬預測只有約 40% 至 47% 的功率會在第一次通過時被吸收。當時只有一側的天線正常工作，因此團隊無法比較在相反方向上驅動的電流。論文中指出，尚無法確定 20 千安培的數值是否反映了不完全吸收或效率較低。其聲稱該方法適用於反應堆的說法是一種理論推斷。Pinsker 在美國核能學會表示，現在斷言螺旋電流驅動是否會成為首選方案為時尚早。
他指出，結合幾種電流驅動類型將增加複雜性。Gizmodo 報道稱，他認為提高螺旋功率是改善結果的最直接方法。論文中提到，KSTAR 託卡馬克也已安裝了螺旋天線並開始調試。該項工作由美國能源部科學辦公室資助，研究結果刊登於《物理評論快報》。
螺旋電流驅動的潛力與挑戰
這項研究顯示出利用無線電波驅動核聚變裝置內部電流的潛力，為核融合技術的發展提供了新思路。雖然實驗結果顯示出螺旋電流驅動的可行性，但實際應用中仍面臨電子壓力低於預期及功率吸收效率不足的挑戰。未來的研究需要進一步優化驅動方法，以提高效率並克服系統複雜性，這對於商業核融合反應堆的設計至關重要。