突破燃料密度极限核聚变基本定律修订有望增加未来聚变装置输出能量

瑞士洛桑联邦理工学院等国际研究团队修订了核聚变领域的一部基本法新法律指出，科学家实际上可以安全地向核聚变反应堆添加更多的氢燃料，从而获得比以前想象的更多的能量这项研究发表在最新一期的《物理评论快报》上

核聚变是未来最有前途的能源之一，涉及两个原子核合二为一，释放出巨大的能量太阳的热量来自氢原子核汇聚成较重的氦原子国际热核聚变实验堆旨在复制太阳的聚变过程，制造高温等离子体，为聚变提供合适的环境，最终产生能量

等离子体是一种类似气体的物质的电离状态它由带正电的原子核和带负电的电子组成，密度只有空气的百万分之一聚变燃料氢原子被置于极高的温度下，迫使其电子与原子核分离产生等离子体这个过程发生在称为托卡马克的环形结构中

EPFL瑞士等离子体中心的保罗·里奇是最新的研究负责人，他说:在托卡马克中制造等离子体的限制之一是可以注入的氢燃料的数量1988年，核聚变科学家马丁·格林沃尔德提出的定律将燃料密度与托卡马克的小半径和托卡马克内部等离子体中流动的电流联系起来此后，‘格林沃尔德极限’一直是聚变研究的基本原理，ITER的建造也是基于此

与此同时，里奇指出，尽管格林沃尔德的理论在一些研究中非常有效，但在某些情况下，如ITER的继任者核聚变示范电厂，它将极大地限制其运行，因为它表明燃料密度不能增加到一定水平以上。

有鉴于此，里奇的团队与其他托卡马克团队合作设计了一个实验，可以利用高度复杂的技术精确控制注入托卡马克的燃料量他们在世界上一些最大的托卡马克装置中进行了实验，如英国的欧盟联合聚变中心，分析了限制托卡马克中氢燃料密度的物理过程，从而推导出一个可以将燃料密度与托卡马克大小联系起来的第一性原理，并用世界上一些最大的计算机进行了模拟

最后，他们推导了一个新的托卡马克燃料极限方程，与实验结果符合得很好新方程假设格林沃尔德极限可以提高到ITER增加的燃料的近两倍，这意味着ITER和其他装置可以使用几乎两倍的燃料来产生等离子体，从而产生更多的能量DEMO将以比目前的托卡马克和ITER更高的功率运行，因此它也可以添加更多的燃料