聚變反應產生的伽馬射線為測量聚變反應堆的功率提供了一種新的、精確的方法。

研究人員開發(fā)出了一種測量核聚變反應堆功率的突破性新方法，這可謂是一項重大突破。

他們發(fā)現(xiàn)，氘氚核反應過程中產生的伽馬射線可以作為測量新型聚變反應堆功率輸出的精確替代方法。

目前，磁約束聚變裝置僅依靠絕對中子計數(shù)作為直接測量聚變功率的方法。

研究人員表示：“然而，這項技術存在幾個困難：像托卡馬克這樣的擴展源發(fā)射和傳輸中子，以及它們與反應堆材料的相互作用，需要使用復雜的模擬代碼，以及漫長而昂貴的校準活動來驗證代碼。”

研究小組現(xiàn)在已經確定了一種替代方法。新方法利用了氘氚反應中伽馬射線與中子的分支比，這是一種以前未被發(fā)現(xiàn)的測量方法。

簡單來說，研究人員找到了一種計算此次聚變反應中發(fā)射出的稀有伽馬射線的方法。

伽馬射線測量

通過計算該反應過程中發(fā)射的稀有伽馬射線，研究人員現(xiàn)在可以獲得有關聚變功率的寶貴信息，而無需依賴傳統(tǒng)的中子計數(shù)技術。

研究小組解釋說：“氘氚伽馬射線的絕對計數(shù)可以提供驗證科學結果所需的二次中子獨立技術，并作為未來發(fā)電廠的許可工具。”

這種新方法涉及對兩種特定伽馬射線的精確測量，能量分別為 13 MeV 和 17 MeV。

國家科研中心 (CNR-ISTP) 研究員兼研究報告作者 Marica Rebai表示： “通過這項以前從未進行過足夠精確的測量，我們能夠確定兩束伽馬射線的能量和相對強度。”

“這種伽馬射線發(fā)射過程的相對概率(稱為分支比)比14MeV中子發(fā)射的相對概率低得多。”

對未來聚變反應堆的影響

領導另一項同一主題研究的安德里亞·達爾·莫林和達維德·里加蒙蒂表示，這一結果使他們發(fā)現(xiàn)每產生 42,000 個 14 MeV 中子，就會發(fā)射出一束伽馬射線。

達爾莫林和里戈蒙蒂補充道：“它為使用絕對伽馬射線測量作為中子測量的替代和補充方法鋪平了道路，用于確定基于氘-氚反應的新型聚變反應堆(如 ITER 和 SPARC)所實現(xiàn)的功率。”

作為背景，國際熱核聚變實驗反應堆 (ITER) 是一項全球合作項目，旨在證明核聚變發(fā)電的可行性。它需要兩種獨立的方法來準確測量其產生的能量。

項目協(xié)調員、CNR-ISTP 研究主管 Marco Tardocchi 強調說：“到目前為止，缺乏直接的替代絕對中子計數(shù)方法，這對獨立驗證正在進行的實驗的結果以及未來商業(yè)工廠的授權造成了障礙。”

更廣泛的應用和未來前景

這種新開發(fā)的基于伽馬射線的技術有可能作為必不可少的第二種方法，從而提高 ITER 功率測量的精度和可靠性。

這一發(fā)現(xiàn)不僅限于 ITER，對聚變能源研究具有重要意義。它還使研究替代聚變反應成為可能，例如質子-硼或氘-氦-3，這些反應不會產生中子。這些反應有可能在未來提供更清潔、更高效的能源生產。

研究團隊對未來充滿樂觀，計劃在下一代磁約束反應堆中實現(xiàn)他們的伽馬射線測量技術。