《研究团队发现氖可以改善等离子体屏障》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2020-03-31
  • 研究欧洲联合环形(喷射)装置的科学家们发现,氖可以用来迫使聚变反应堆的排气系统在保持高性能的同时承受极高的热负荷。最近的试验使用氖来辐射和改善等离子体的边缘,即所谓的“基座”,它将极热的核心从较冷的层中分离出来,并远离材料表面。

    JET由英国原子能机构在英国牛津附近的Culham聚变能源中心(CCFE)运营。来自28个欧洲国家的科学家使用它来进行未来无碳聚变能源潜力的研究,由欧洲聚变联盟协调工作,该联盟代表欧洲原子组织管理和资助欧洲聚变研究活动。JET正在进行一系列的测试,这些测试将为法国南部正在建设的新型国际实验聚变反应堆Iter的运行提供信息。

    在使用托卡马克(tokamak)反应堆概念的捷特(JET)等机器中,一种被称为“转向器”的排气系统既能去除高温等离子燃料中的极端热量,又能去除其中的杂质颗粒。将JET扩展到像Iter这样的大型机器的一个问题是,后者的分流器组件将不能承受极端程度的余热,因为它们会损坏分流器。

    CCFE说,对于这个问题,一个解决方案是使用天然气作为杂质(通常是氮气)冷却的等离子体辐射的热量在偏滤器内表面积更广泛的地区,但氮可以分解成其他化合物,导致氚化氨,这不是兼容喷气机的处理系统。

    另一种选择是使用氖,但以前在喷气机上可用的加热功率水平意味着它不能达到和氮一样的效果而不影响托卡马克中等离子体的限制;聚变反应堆性能的关键因素。然而,利用增加的加热功率和额外的氖注入等离子体,科学家们发现效果一样好。

    负责协调这项实验的卡琳·吉鲁(Carine Giroud)表示,霓虹灯可以用于辐射和改善底座的发现意义重大。

    “我们从JET的中性光束加热系统中获得了额外的能量,这使得我们可以添加更多的霓虹灯,正是这两种元素导致了改进。我们还没有达到降低外打击点的分流瓦功率的目标,但是我们已经看到,在施加氖辐射的时候,分流瓦的温度并没有明显升高。在过去的几年里,我们可以用氮来做到这一点,但用氖不行——但现在我们可以了。”

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  • 《JCESR团队研究了固态镁离子电池的前景,发现了速度最快的镁离子固体导体》

    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
    • 发布时间:2017-12-05
    • 2017年11月28日 能源存储研究联合中心(JCESR)的一个能源部科学家发现了速度最快的镁离子固态导体,这是制造固态镁离子电池的主要步骤,这种电池既能量密集又安全。 通过使用ab初始化计算、核磁共振和阻抗光谱测量,研究人员证明了在紧凑的框架中可以实现大量的镁离子迁移(~ 0.01 - 0.1 mS cm- 1,在298 K)-特别是在镁钪钪硒的尖晶石上。理论预测也表明,在其他的chalcogenide spinels中,高镁离子迁移率是可能的,为实现其他镁固体离子导体打开了大门,并最终开发出全固态镁电池。他们的研究成果发表在《自然通讯》上。 美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员(伯克利实验室)和阿贡国家实验室已经在镁电池(post)早些时候,提供更高的能量密度比锂,但因为缺乏好的选择液体电解质,其中大部分会腐蚀电池的其他部分。 与锂相比,镁提供了许多优势:它更安全,地球储量更丰富,而且比普通锂离子电池提供更大的理论容量。进一步,在毫克(MB)阳极电池高能量毫克金属(~ 3830啊l−1)超越理论体积能量密度的石墨阳极(~ 700啊l−1)甚至金属锂的(2062啊l - 1)。 镁是一种新技术,它没有任何好的液体电解质。我们想,为什么不跳过并制造固态电解质呢? - gerbrand Ceder,伯克利实验室资深教授 然而,Mg2 +(和其他多价阳离子)的流动性不好,阻碍了广泛的阴极材料的发展,就像锂离子电池技术和钠离子电池技术一样。研究人员指出,糟糕的Mg运输也限制了固体屏障涂层的使用,以保护电极与液体电解质的反应,或者是完全固态的MBs的发展,这将缓解目前液体电解质引起的许多问题。 在本研究中,我们可以通过对晶体结构和化学的合理调整来实现固体的高Mg2 +移动。通过结合ab的初始计算,同步x射线衍射(XRD),电化学阻抗谱和固态核磁共振(ss - nmr),我们证明了在室温下的Mg2 +导电。实验上,我们展示了第一代结晶固体的发现,即。,X =(In,Y,Sc)和Z =(S,Se),在室温下具有高的Mg2 +阳离子机动性。此外,我们还提出了实用的设计规则,以确定快速多价离子固体导体。我们的理论计算和电化学实验表明,硫化物和硒的尖晶石可能与目前最先进的镁阴极,例如spinel - mgti2s4和Chevrel-Mo6S8相结合。 -Canepa et al。 研究小组还包括麻省理工学院(MIT)的科学家,他们提供了计算资源,阿贡(Argonne)提供了镁钪硒化尖晶石材料的关键实验确认,以记录其结构和功能。 合著者Baris Key,Argonne的研究化学家,进行了核磁共振(NMR)的光谱实验。这些测试是实验证明镁离子可以像理论研究预测的那样快速移动材料的第一步。 NMR类似于磁共振成像(MRI),它在医学环境中经常使用,它显示人体肌肉、神经、脂肪组织和其他生物物质中的水的氢原子。但研究人员也可以调整NMR频率来检测其他元素,包括在电池材料中发现的锂或镁离子。 然而,镁钪硒化镁材料中的NMR数据涉及到结构复杂的未知结构,使其具有挑战性。 Canepa注意到测试材料的挑战是如此的新鲜。 协议基本上是不存在的。这些发现只有在常规的电化学特性的基础上,结合一种多技术方法(固态NMR和同步加速器测量方法)才能实现。 -Pieremanuele Canepa,第一作者 该小组计划做进一步的工作来使用电池中的导体。此外,该研究还发现了两个相关的基本现象,它们在不久的将来可能会严重影响镁固体电解质的发展,也就是说,在材料化学中,反位点缺陷的作用以及电子和镁电导率的相互作用。 在工业上有巨大的努力来制造固态电池。这是圣杯,因为你会有终极的安全电池。但我们还有工作要做。这种材料显示出少量的电子泄漏,必须在电池使用前将其移除。 gerbrand Ceder 能源部科学办公室通过能源创新中心的能源存储研究联合中心提供了该项目的资金。先进的光子源,位于阿贡的科学用户设施的能源部办公室,为研究固体导体的结构增加了重要的数据。国家能源研究科学计算中心(NERSC),加州大学伯克利分校的科学用户设施办公室,提供计算资源。该论文的其他共同作者是来自伯克利实验室的李泽楷、麻省理工学院的威廉·理查兹和阎王,以及加州大学伯克利分校的谭石和姚森。 ——文章发布于2017年11月28日
  • 《ESRF光源发现高温超导体存在声学等离子体》

    • 来源专题:重大科技基础设施领域知识集成服务平台
    • 编译者:魏韧
    • 发布时间:2019-06-27
    • 声学等离子体是一种集体电子激发,一些理论假设声学等离子体在调节高温超导性方面发挥重要作用。2018年11月5日,研究团队利用欧洲同步辐射光源(ESRF)证实在层状氧化铜超导体中存在声学等离子体。 当电流通过导电材料传导时,由于导体电阻的存在,能量会发生消散。然而,在超导体中,如果材料被冷却到极低温度时,电阻就可以完全消失。这种无损耗的超级电流对于众多电子和技术应用而言是非常需要的,催生了数十年来对在高温下具有超导特性的材料的密集研究。 在20世纪80年代以前,所有被报道的超导材料都必须被冷却到30K以下,但随着1986年第一个基于氧化铜材料的超导体被发现,情况也发生了变化。有一些超导体在100K以上表现出了零电阻的特征,这些高温超导体由堆叠的铜-氧平面层组成。通过对铜氧化物消除超导性的机制的理解,科学界希望设计出即使在室温下也能显示零电阻的新材料。但是,对这些机制的全面了解仍然难以捉摸。尽管如此,超导体如今已经应用于一些技术应用中,例如医学领域中的磁共振成像设备。室温超导体的未来应用可以彻底改变电力存储和传输领域,并通过磁悬浮列车实现快速公共交通。 来自意大利米兰理工大学、宾厄姆顿大学(美国)、SLAC国家加速器实验室(美国)、马里兰大学(美国)和ESRF的研究团队利用欧洲同步辐射光源ID32光束线站,对电子型掺杂铜氧化物高温超导体开展了一系列共振非弹性X射线散射(RIXS)实验,通过ID32偏振分析仪分离共振非弹性X射线散射光谱中的磁和电荷,首次探索到声学等离子体谱带。 长期以来,研究人员只是在理论假设上将声学等离子体与增强的超导转变温度相联系,此次的实验表明存储在铜—氧平面之间的库仑能量在高温超导体相变中发挥着特定作用,层状结构本身会以非常微妙的方式影响电子的行为,这是不容忽视的。