一个直径仅3英尺的紧凑型聚变反应堆达到了一个巨大的里程碑

在一个直径不到一米（不到3英尺）的紧凑型聚变反应堆内，离子首次被加热到1亿摄氏度（约1.8亿华氏度）的神奇数字，这是使核聚变能源成为现实的重大一步。

上图：ST40正在建造中。

来自英国托卡马克能源有限公司、美国普林斯顿和橡树岭国家实验室以及德国能源和气候研究所的研究人员，在一个球形托卡马克（ST）装置上实现了这一纪录，与大型反应堆中加热燃料的更圆形的“甜甜圈形”路径不同，它将等离子体限制在一个“有核苹果形”的漩涡中，旨在提高发电的稳定性和实用性。

核聚变复制了我们太阳和类似恒星核心的基本过程，从小元素融合成大元素中压缩能量。如果我们能做到这一点（这是一个很大的假设），这意味着一种几乎取之不尽、用之不竭的清洁能源，没有有害的排放。

当恒星拥有巨大的重力来聚变元素并释放能量时，我们只能被迫依赖于热量。大量的热量，实际上相当于太阳核心温度的几倍。

将原子成分或离子煮到至少1亿摄氏度（本质上是超过1亿开尔文，或8.6千电子伏特的能量）对于获得合适的压力至关重要。

研究人员在他们发表的论文中写道：“离子温度超过5kev（千电子伏特），以前还没有在任何ST中达到过，只有在更大的设备中才能获得，而且等离子体加热功率要大得多。”

上图：球形托卡马克中等离子体的示意图。

在这种情况下，研究人员使用了一个称为“ST40”的球形托卡马克。撇开安全运行所需的机械装置不谈，反应堆本身的直径只有0.8米，与直径可达几米的大型托卡马克相比，这只是一个零头。

与大型聚变反应堆相比，这些小型设备造价更低，而且可能更高效、更稳定 —— 如果你想让一项技术在商业上可行，这些都是优势。

为了达到新的温度纪录，研究人员进行了许多优化，包括ST本身的使用，以及等离子体的加热方式和电子密度的制备方式。

一些技术借鉴了20世纪90年代在比ST40大得多的托卡马克聚变试验反应堆中进行的“超级射击”实验。从本质上讲，这种方法需要在很短的时间内应用大量的热量。

科学家们应用的另一个优化技巧是，加热等离子体中带正电的离子，而不是带负电的电子。它被称为热离子模式，有助于增加反应的数量和托卡马克的性能。

上图：ST40反应堆。

研究人员写道：“这些温度是在热离子模式下达到的，在这种情况下，离子温度超过了电子的温度，通常是两倍或更大。”

虽然，这一突破和其他类似的突破确实令人兴奋，但核聚变在被认为是一种实用的能源之前，仍然处于测试阶段，有许多障碍需要清除。考虑到所涉及的技术挑战，并非所有人都相信核聚变发电最终将成为可能。

这里也强调了这些挑战：达到最高温度的时间仅为150毫秒。这是实验室里的一项伟大成就，但没有多少时间为能源网做出实际贡献。

尽管如此，每一项发现都让我们离最终目标更近了一步 —— 考虑到球形托卡马克是最有希望创造核聚变反应的选择之一，在某种程度上，必要的能量和经济方程最终是有意义的，这一点尤其值得注意。

研究人员写道：“这些结果首次证明，在紧凑的高场ST中可以获得与商业磁约束聚变相关的离子温度，这对基于高场ST的聚变发电厂来说是个好兆头。”

这项研究发表在《核聚变》杂志上。

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