近日，美國普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的一項新研究在《核材料與能源》雜志上發表，揭示了核聚變反應堆中燃料滯留的隱藏問題，這一發現可能會對未來使用聚變能的核電站的安全性和效率產生重大影響。

核聚變，這一與太陽產生能量的過程相同的技術，有朝一日可能會提供無限的清潔能源。然而，科學家在實現這一目標之前，需要解決一個大問題：如何防止反應堆壁滯留燃料。PPPL的這項新研究正是針對這一問題展開了深入探索。

在核聚變過程中，科學家利用托卡馬克裝置加熱等離子體，強大的磁鐵將其固定在裝置內。等離子體為反應提供燃料，但其中一部分會撞擊反應堆壁并被吸收。這種燃料吸收現象可能導致燃料在反應堆壁內累積，從而降低系統效率并增加維護難度。

PPPL物理學家兼該研究的首席研究員Shota Abe解釋道：“壁內滯留的燃料越少，積累的放射性物質就越少。”這一問題對于未來的核電站，如法國正在建設的大型項目ITER，尤為重要。

科學家一直在研究聚變反應堆中涂有硼的壁，因為硼有助于保持等離子體清潔。然而，新研究表明，問題不在于硼，而在于碳。即使是少量的碳也會困住燃料，使其更難去除。研究小組的物理學家弗洛里安·埃芬伯格(Florian Effenberg)表示：“碳才是真正的麻煩制造者。”

為了驗證這一發現，研究團隊在美國通用原子公司運營的托卡馬克 DIII-D 中測試了涂有硼的石墨樣品。結果表明，每5個單位的硼中，就有2個單位的燃料被困住。這意味著，即使是微量的碳也可能給未來的核聚變工廠帶來重大問題。

基于這些發現，科學家現在計劃用鎢代替石墨作為反應堆壁的材料，因為鎢不會滯留太多燃料。埃芬伯格說：“我們希望除去所有的碳，得到干凈的鎢壁。”

未來使用聚變能的核電站面臨的最大挑戰之一是處理氚，這是一種必須小心管理的放射性燃料。如果太多燃料被困在壁內，可能會違反安全規定，迫使反應堆關閉。參與這項研究的另一位科學家亞歷山德羅·博托隆指出：“反應堆中氚的含量有嚴格的限制。如果超過限制，就會出大問題。”

通過尋找減少燃料積聚的方法，這項研究正在幫助核聚變技術向前邁出一大步。如果成功，核聚變有朝一日可以提供清潔、無限的能源，減少我們對化石燃料的依賴。