核聚变作为清洁能源的未来方向，依赖于科学家对等离子体与容器壁材料相互作用的深入理解。最新研究通过将样品暴露于DIII-D托卡马克的过热等离子体中，探索了燃料滞留问题。研究发现，硼涂层石墨壁中的氘滞留量受碳杂质显著影响，这为提升聚变系统的安全性和效率提供了新思路。研究成果已刊登在《核材料与能源》杂志上，由美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的物理学家阿部翔太领衔。

硼涂层常用于实验性聚变系统以减少等离子体杂质，但其对燃料滞留的影响此前并不明确。实验显示，碳而非硼才是氘滞留的关键因素。在DIII-D中，含硼、氘及少量碳杂质的等离子体暴露实验表明，碳与氘的强结合需高达1000华氏度才能断裂，这增加了燃料提取难度。PPPL研究员弗洛里安·埃芬伯格指出，碳含量需尽可能降低以优化系统性能。研究还发现，每捕获5个单位的硼，样本中会滞留2个单位的氘，凸显了碳杂质的负面效应。

此项研究得到普林斯顿大学、加州大学圣地亚哥分校、通用原子公司等多方专家支持，旨在为未来聚变发电厂如ITER提供材料改进依据。DIII-D目前使用石墨壁，但计划替换为钨壁以减少碳含量，进一步贴近ITER的运行条件。研究团队强调，精确掌握燃料滞留数据对满足监管要求至关重要，尤其是在商用系统中涉及放射性氚时。减少碳污染将显著提升核聚变系统的安全性和运行效率，推动其商业化进程。