一个核聚变研究小组成功地证明，在螺旋系统中，能量在兆电子伏(MeV)范围内的高能离子在等离子体中具有优越的限制，这就保证了在螺旋反应堆中实现聚变能所需的阿尔法（α）粒子(氦离子)约束。高温等离子体中的氘氚反应将在未来聚变反应堆中得到应用。聚变反应产生能量为3.5 MeV的粒子。粒子将能量转移到等离子体中，这种粒子加热维持聚变反应所需的等离子体高温条件。
为了实现这种被称为燃烧等离子体的等离子体，必须将兆电子伏(MeV)范围内的高能离子严格限制在等离子体中。数值模拟结果表明，与托卡马克系统相比，螺旋系统中等离子体中兆电子伏离子约束具有稳态运行的优点。然而，兆电子伏离子约束的实验结果尚未见报道。现在日本国家自然科学研究院(NINS)下属的日本国家核聚变科学研究所(NIFS)，在大型螺旋装置(LHD)的氘操作中进行的MeV离子约束实验，极大地推进了这项研究。
在氘等离子体中，氘-氘聚变反应产生1mev三价体(氚离子)，在未来燃烧的等离子体中产生的阿尔法粒子也有类似行为。由NIFS助理教授小川国广和Mitsutaka Isobe教授领导的课题组在LHD中进行了MeV triton约束实验。被限制在等离子体中的三元与背景氘(氘离子)发生二次反应，并通过聚变反应释放高能中子。课题组研制了高能中子选择性测量探测器，用于评价兆电子伏离子约束性能，测量了不同磁场构型下的高能中子。当磁场轴向内偏移时，兆电子伏离子约束性能较好。
研究结果首次证明了螺旋系统中兆电子伏离子约束的概念，这进而有望揭示在螺旋反应堆中实现聚变能量所需的阿尔法粒子约束。理解高能粒子约束是实现聚变反应堆的关键问题之一。在螺旋器件中，利用三维磁场的柔性获得更好约束是极压约束研究的关键课题之一。利用氢等离子体运行过程中漏电现象的诊断方法，对大型螺旋装置(LHD)中的极压输运进行了研究。通过LHD重水运行，利用新开发的综合中子诊断学技术，为核心区EPs的约束提供信息。
博科园｜研究/来自：国立自然科学研究院
参考期刊《Nuclear Fusion》
DOI: 10.1088/1741-4326/ab14bc
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