近日，來自八個(gè)國(guó)家的科學(xué)家和工程師在聯(lián)合歐洲環(huán)面(JET)上共同開展了一項(xiàng)使用激光研究聚變?nèi)剂媳Ａ舻捻?xiàng)目。此次合作旨在探索未來在設(shè)計(jì)、安全和運(yùn)行效率方面開展聯(lián)合行動(dòng)的潛力，并深入研究燃料保留管理。

該項(xiàng)目采用了激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)，這是一種使用高功率激光測(cè)量材料成分的分析技術(shù)。LIBS系統(tǒng)通過JET上的遠(yuǎn)程操作機(jī)器人系統(tǒng)MASCOT進(jìn)行部署，首次使用便成功探測(cè)到了托卡馬克面向等離子體的部件上JET燃料的氚和氘混合物。

JET作為開發(fā)未來發(fā)電廠氚庫(kù)存管理技術(shù)的重要平臺(tái)，為此次國(guó)際合作提供了理想的工程和診斷試驗(yàn)環(huán)境。參與此次項(xiàng)目的科學(xué)家和工程師來自致力于推進(jìn)聚變能源研究和開發(fā)的聯(lián)盟EUROfusion，其中芬蘭、德國(guó)、意大利、愛沙尼亞、拉脫維亞、波蘭、斯洛伐克和英國(guó)均做出了重要貢獻(xiàn)。

項(xiàng)目合作伙伴包括意大利國(guó)家新技術(shù)、能源和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展局(ENEA)、德國(guó)于利希研究中心、芬蘭VTT技術(shù)研究中心有限公司以及英國(guó)原子能管理局等。此外，布拉迪斯拉發(fā)夸美紐斯大學(xué)(斯洛伐克)、等離子體物理激光微聚變研究所(波蘭)、拉脫維亞大學(xué)固體物理研究所和塔爾圖大學(xué)(愛沙尼亞)等機(jī)構(gòu)也為該項(xiàng)目提供了支持。

據(jù)VTT首席科學(xué)家Jari Likonen介紹，LIBS的工作原理是快速向瓷磚或組件表面發(fā)射激光束，產(chǎn)生包含原子、離子和自由電子的小型等離子體，這些等離子體會(huì)發(fā)出光，并由光譜儀進(jìn)行測(cè)量。LIBS技術(shù)已廣泛應(yīng)用于涉及人類具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境且需要在原子級(jí)進(jìn)行快速、全面的化學(xué)分析的工業(yè)領(lǐng)域，如太空探索中的地質(zhì)分析、考古文物的診斷以及太陽(yáng)能光伏電池中金屬擴(kuò)散的研究。

為了在JET上部署，研究人員對(duì)LIBS技術(shù)進(jìn)行了修改，使其適應(yīng)該設(shè)施的真空加壓、環(huán)形環(huán)境。意大利國(guó)家新技術(shù)、能源和可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)構(gòu)ENEA的激光計(jì)量研究員Salvatore Almaviva表示，該技術(shù)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、可靠且堅(jiān)固，可在JET中進(jìn)行數(shù)百次測(cè)量。LIBS傳感器安裝在MASCOT上，通過一次激光照射，傳感器旨在檢測(cè)被分析的瓷磚或組件中存在的所有化學(xué)元素，并在一定范圍內(nèi)檢測(cè)它們的同位素。

德國(guó)于利希研究中心(FZJ)的Rahul Rayaprolu詳細(xì)闡述了數(shù)據(jù)收集過程。LIBS裝置通過20米長(zhǎng)的光纖將收集到的光傳輸?shù)剿膫€(gè)高分辨率光譜儀中進(jìn)行光譜分析。一個(gè)光譜儀提供有關(guān)殘留燃料的詳細(xì)信息，而一個(gè)緊湊型寬范圍光譜儀則同時(shí)捕獲和記錄整體光譜概況。

英國(guó)原子能管理局材料研究科學(xué)家Ionut Jepu強(qiáng)調(diào)了JET設(shè)施的重要性。他表示，繼最近的氘氚實(shí)驗(yàn)之后，人們嘗試在JET的瓦片和組件內(nèi)對(duì)氚進(jìn)行重要的測(cè)量，同時(shí)降低對(duì)人類的危害并最大限度地縮短停機(jī)時(shí)間。JET內(nèi)部容器內(nèi)的800多個(gè)位置均暴露在LIBS系統(tǒng)中，為項(xiàng)目提供了豐富的數(shù)據(jù)支持。

據(jù)悉，該項(xiàng)目結(jié)果的更多細(xì)節(jié)將在2025年5月于斯洛文尼亞舉行的第20屆面向等離子體的材料和聚變應(yīng)用組件國(guó)際會(huì)議上公布。

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