美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室(PPPL)的科學(xué)家?guī)椭O(shè)計和測試了一種可以改善圓環(huán)形融合設(shè)施(稱為托卡馬克)性能的組件。該裝置被稱為“液態(tài)鋰限制器”，已在中國實驗先進(jìn)超導(dǎo)托卡馬克(EAST)的墻壁內(nèi)循環(huán)保護(hù)液態(tài)金屬，并使等離子體不會冷卻并停止聚變反應(yīng)。“ 核聚變 ”雜志于2016年3月公布了該實驗的結(jié)果。該研究得到了美國能源部科學(xué)辦公室的支持。

PPPL的邊界物理研究和等離子體組件負(fù)責(zé)人Rajesh Maingi說：“我們在托卡馬克中展示了連續(xù)的循環(huán)鋰流數(shù)小時。” “我們還證明，流動的液態(tài)鋰表面與高等離子體限制兼容，并且氫同位素氘的再循環(huán)減少到以前只能通過蒸發(fā)鋰涂層實現(xiàn)的程度。再循環(huán)鋰提供了一個清新，干凈的表面，可用于持久的等離子體放電。“

與Maingi一起，研究團(tuán)隊包括工程師Charles Gentile，并從之前在PPPL工作過的物理學(xué)家Leonid Zakharov的關(guān)鍵領(lǐng)導(dǎo)和見解中受益。中國科學(xué)院等離子體物理研究所的科學(xué)家是該團(tuán)隊的一員，該團(tuán)隊制造了限制器，僅使用少量鋰，并在低壓下操作以確保安全。

該裝置包含一個電磁泵，使鋰從分配器循環(huán)到EAST托卡馬克內(nèi)部的成角度導(dǎo)板的頂部。該泵與EAST內(nèi)的磁場一起工作，以在等離子體放電期間將鋰驅(qū)動到板的頂部。然后鋰沿著板的前表面流下并且用作等離子體和EAST容器的面向等離子體的部件之間的主要接觸點(diǎn)。

該系統(tǒng)減少了當(dāng)?shù)入x子體到達(dá)容器的其他部件時通常產(chǎn)生的雜質(zhì)的產(chǎn)生。此外，與來自其他材料的雜質(zhì)相比，等離子體容許更高量的鋰雜質(zhì)，因為鋰的低原子序數(shù)產(chǎn)生非常少量的等離子體輻射，其通常冷卻等離子體核心。

作為與等離子體接觸的主要點(diǎn)，鋰能夠吸收從等離子體中心漂移的熱氘離子，并防止它們撞擊托卡馬克的內(nèi)壁并冷卻。限制等離子體邊緣處的冷氘量減少了熱等離子體中心和冷卻器邊緣之間的溫度差異，并減少了湍流。然而，作為旁注，發(fā)現(xiàn)與離子的接觸會輕微損壞限制器裝置的薄不銹鋼箔表面，從而促進(jìn)了改進(jìn)設(shè)計的工作。

研究人員通過改變電磁泵的電流量，增加了對引導(dǎo)板前部流動的鋰量的控制。這種控制非常重要，因為研究人員在實驗前并不知道需要多少鋰才能獲得最佳的等離子體性能。更多地控制限制器意味著更多地控制托卡馬克的性能，這是在嘗試創(chuàng)建和維持聚變反應(yīng)的最佳條件時的關(guān)鍵能力。

總而言之，該實驗證實，液態(tài)鋰可以通過電磁泵裝置驅(qū)動，該裝置與托卡馬克的磁場一起工作，以提升和再循環(huán)液態(tài)金屬并改善托卡馬克的性能。研究的下一步將是修改限制器的表面，以減少與離子接觸造成的損害。