普林斯頓等離子體物理實驗室的研究人員正在使用液態鋰來冷卻聚變反應堆。根據一份7月23日發布在《 Interesting Engineering》的新聞稿稱，液態金屬不僅幫助維持聚變反應堆的溫度，還保護反應堆組件免受中子轟擊。

聚變反應堆通過模擬太陽核聚變的條件，使氫原子聚變并釋放出大量能量。與核裂變相比，這種方法更受歡迎，因為它不會產生放射性廢物。然而，盡管如此，研究人員在實現這些反應的凈能量輸出方面只取得了有限的成果。

核聚變的另一個挑戰是控制反應堆的溫度。為了使聚變反應發生，反應堆的溫度必須達到1億攝氏度。但過熱也是有害的，因為它可能會損壞反應堆容器的內部。

普林斯頓大學安德林格能源與環境中心的機械和航空航天工程副教授Egemen Kolemen表示：“目前，沒有可用的固體材料能夠承受這些負載。流動的液態金屬有潛力解決這些材料挑戰。”

液態鋰的雙重作用

研究人員利用板條促進液態金屬在聚變反應堆內邊緣的流動。使用液態金屬的想法并非全新，之前在被稱為分流器的系統中已有嘗試。然而，液態金屬長時間流動可能會使反應堆容器過熱并導致金屬蒸發。

為了避免這種情況，PPPL的研究人員利用電流引導液態金屬流動，確保其僅短暫暴露于等離子體中。隨后，金屬沿著通道流向設備底部的分流器，在這里液態金屬冷卻下來，然后被送回板條頂部再次倒下。這種循環避免了金屬過熱，因為它僅短暫暴露于等離子體，然后很快冷卻下來。

然而，鋰的作用不局限于冷卻系統。它還通過回收氫粒子來執行另一項任務，即保持等離子體足夠熱。通常，離開等離子體的氫同位素會以顯著較低的溫度返回，這會降低等離子體的溫度。

聚變反應堆中使用的偏濾器圖像，不含液態鋰。圖片來源：PPPL

參與這項工作的普林斯頓大學機械與航空航天工程系研究生弗朗西斯科·賽恩茲補充說：“如果您的等離子體面向系統是由鋰制成的，它會吸收并保留那些與壁面碰撞的粒子，這樣您的等離子體就不會以快速的速率冷卻。”

超越鋰

研究團隊對這種方法進行了多次模擬，并在實驗中使用了Galinstan(一種由鎵、銦和錫組成的混合物)，因為這種混合物具有與液態鋰相同的電導率。

團隊還試驗了電流的增量，以實現液態金屬在反應堆容器內的均勻流動，避免濺出。新聞稿補充說，通過使用900A的電流，團隊實現了每秒一米的流速。

普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的研究人員還啟動了鋰實驗應用平臺，以處理更大體積的液態鋰和其他金屬，如銅和鎢。目前，分流器的設計是封閉的，不允許將液態鋰從反應堆容器中移除。

未來，研究人員還計劃研究一種系統，該系統可以移除用過的鋰，并添加新的液態鋰以進行冷卻。