國際原子能機構數據庫如何助力推進聚變商用研究

通過商業聚變利用核聚變豐富的能源潛力的前景，需要更好地了解等離子體（過熱電離氣體）和開發高性能反應堆材料。國際原子能機構數據庫通過支持科學家研究等離子體行為并對聚變能研究中所用材料的特性進行建模，正在助力推進研究，以最終實現商業規模的能源生產。

發展聚變能的核心是實現并維

持“聚變點火”——即聚變反應由自身產生的能量維持的那個點——所需的極端條件。這要求把實現反應所用的等離子體燃料在一個空間內約束足夠長的時間，以形成聚變，并自加熱到自持。

點火也要求工程師開發高性能的反應堆壁材料，能夠承受以釋放的熱量和中子形式存在的穩定能量通量。這種能量會加熱反應堆壁，而中子轟擊會導致材料損壞——破壞反應堆壁材料的完整性，或導致材料濺射返回等離子體并冷卻它。

反應堆的材料還應該盡可能少地吸收氚——聚變燃料的氫同位素之一。吸收的氚燃料是反應的燃料損失。但更重要的是，氚具有放射性，為了盡量減少最終產生的核廢物數量和放射毒性，反應堆壁最好不要吸收氚并在這個過程中變得具有放射性。

深入了解等離子體在反應堆中的行為對于增加等離子體被磁力約束的時間是必要的。國際原子能機構數據庫載有堆芯等離子體和邊緣等離子體中以及為實現點火用來加熱等離子體的中性束注入系統中發生的各種過程的信息，還包含為診斷目的和緩解不穩定性而故意注入等離子體的各種雜質性質的數據。

國際原子能機構的ALADDIN數據庫是一個可搜索存儲庫，其中存儲了核聚變相關過程的評估碰撞數據。該數據庫被研究界用來進行等離子體診斷和了解重要的等離子體參數，例如溫度和密度。利用ALADDIN數據庫，科學家們可以更好地了解對于可靠的等離子體診斷至關重要的離子碰撞-輻射特性。

由于缺乏復制聚變反應堆極端狀況的裝置，因此為未來聚變電廠制造新材料變得十分復雜。利用計算建模技術、高性能計算平臺和分析實驗表征工具，專家們可以設計出能在聚變能環境中性能良好的材料。

通過建模，正在發現一些新材料，同時可以預測現有材料的可靠性。這對反應堆的最內壁尤其重要，因為它位于反應堆容器中最接近等離子體的位置，可以保護容器部件免受等離子體引起的損害。

“核聚變反應堆第一壁的極端環境要求謹慎地選擇材料，這些材料必須能夠承受高溫和粒子轟擊，而不會被侵蝕、變脆或具有放射性，也不會保留氫燃料。”國際原子能機構原子和分子數據科科長Christian Hill說，“只有通過從精確的計算和實驗中得到的可靠數據，才能預測候選材料的相關性能。”

研究人員利用國際原子能機構數據庫開展聚變能研究和其他等離子體科學技術應用。數據由國際原子能機構通過其網絡、協調研究項目和技術會議收集和評估，并通過國際原子能機構免費、可搜索和精選的在線數據庫分發。

“一個精心策劃的國際數據庫的價值在于它作為一個永久、可依賴和可訪問的評估數據庫的作用，可供聚變界自由使用。國際原子能機構原子和分子數據科在其他方面也是獨一無二的：它已存在40多年，在‘聚變數據年頭’上算是相當老了。”Hill說。

國際原子能機構的數據庫根據研究人員的具體數據需求不斷改進和擴大，包括數據中不確定性的量化和影響，以及數據驗證、策劃和傳播技術。

可在下列網址訪問國際原子能機構維護的所有聚變相關數據庫：amdis.iaea.org。