瑞士奶酪设计可以帮助科学家利用太阳的力量

瑞士奶酪上的大洞使其成为美味佳肴。现在，能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的科学家们正在为组件添加瑞士奶酪型的小孔，以改进将聚变能带到地球的过程，为太阳和恒星提供动力。

新的计算机模拟表明，在环形托卡马克核聚变设施的内壁周围放置孔洞——多孔的海绵状覆盖物，可以封闭液态锂的储层，可以吸收设施内有害的多余热量。然后可以将热量转移到发电机以帮助发电。

聚变以等离子体的形式结合轻元素——由电子和原子核组成的热的带电物质状态——并产生大量的能量。科学家们正在寻求在地球上复制聚变反应，以获得几乎取之不尽的电力供应来发电。

“这是一个可以从等离子体中收集热量的系统，”PPPL 高级工程分析师安德烈·霍达克 (Andrei Khodak) 说，他是在核材料和能源杂志上报告结果的论文的第一作者。“你可以使用液态金属去除能量，它就像一块热海绵。然后你可以将热量传递给发电机或其他能量转换设备，将其转化为电能。”

Khodak 说，这种新颖的设计既简单又有效。“你不需要任何移动部件。你只需要通过孔下方的通道输送电流。” 他说，电流产生的磁场将锂通过孔移动到表面。

这个新颖的概念涉及以新的方式设计托卡马克。“欧洲的同事提出了一种 3D 打印的多孔材料，它在表面下方具有大的储层空间，”PPPL 边界物理负责人兼 NSTX-U 科学部副主任 Rajesh Maingi 说。“Andrei 的创新是意识到你不仅可以将这些大空间用作蓄水池，还可以在按正确方向排列时用作冷却剂通道。然后，Andrei 提出了使用液态锂作为冷却剂和材料的想法。渗到表面，所以一种材料扮演两种角色。”

多孔壁概念的设计依赖于计算机模拟。“你可以称之为‘虚拟工程’，”Khodak 说。“实际上，我们在 PPPL 的工程部门做了很多这种模拟工作。由于融合设备既昂贵又复杂，你无法测试大量原型然后确定最终版本。你基本上只构建一两个设备。测试它们的唯一方法是虚拟化。”

Khodak 和 Maingi 现在正在探索 3D 打印是否可以更轻松、更精确地创建多孔壁。“能源部的聚变能源科学部门有一个专门研究液态金属概念的项目，”Khodak 说。“在我们完成优化后，下一步将是构建原型并进行一些测试。”

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