物理学家成功开发出用于产生聚变能的关键设备

研究一种称为仿星器的聚变反应堆的物理学家越来越接近实际利用核聚变的力量。

根据一篇新论文，德国的 Wendelstein 7-X 仿星器现在能够容纳的热量达到太阳核心温度的两倍。这意味着物理学家已经能够减少热量损失，这是仿星器技术向前迈出的重要一步。

普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的物理学家诺维米尔·帕布兰特(Novimir Pablant)说： 对于聚变来说，这种设计取得成功真是令人兴奋的消息，它清楚地表明，这种优化是可以做到的。

聚变发电是世界各国能源发展的重点。从理论上讲，它依赖于利用等离子体中的原子核融合时释放的能量来产生更重的元素：与恒星心脏中发生的过程相同。如果我们能做到这一点，好处将是巨大的——几乎取之不尽的清洁、高输出能源。

然而，说起来容易做起来难。融合是一个非常有活力的过程，控制它并不容易。聚变能在 1940 年代首次被研究；几十年后，聚变反应堆产生的能量仍然没有它们损失的那么多，差距相当大，尽管差距正在缩小。

目前打破温度记录的聚变技术是托卡马克，一种被困在磁场壳中的环形等离子体环，以快速脉冲高速驱动。相对简单有助于在高温下控制它，但仅限于爆发。

另一方面，仿星器基于由人工智能绘制的极其复杂的磁铁配置，可以引导等离子体以保持其流动。这些很难设计和建造，这导致仿星器以热损失的形式泄漏了相当多的聚变产生的能量。

温德尔斯坦 7-X（伯恩哈德路德维希/马克斯普朗克等离子体物理研究所）

热量损失是一种称为新古典传输过程的结果，在该过程中，聚变反应堆中的碰撞离子导致等离子体向外扩散。它在仿星器中的影响比在托卡马克中更大。

由于托卡马克自身效率低下，PPPL 和马克斯普朗克等离子体物理研究所的研究人员试图塑造 W7-X 中的磁铁，以尝试减少新古典传输的影响。现在，使用称为 X 射线成像晶体光谱仪 (XICS) 的仪器进行的测量显示，反应堆内的温度非常高。

这些由电荷交换重组光谱 (CXRS) 测量支持，被认为比 XICS 测量更准确，但不能在所有条件下进行。但在两个数据集一致的情况下，仿星器似乎能够达到近 3000 万开尔文的温度。

研究小组发现，这只有在新古典主义运输急剧减少的情况下才有可能。他们进行了建模以确定如果 W7-X 没有得到优化，新古典传输会损失多少热量，并发现 3000 万开尔文远远超出了预期。

Pablant 说：这表明 W7-X 的优化形状减少了新古典传输，并且对于 W7-X 实验中看到的性能是必要的，这是一种展示优化重要性的方式。

这一令人兴奋的结果代表了改进仿星器设计的重要一步，它将为未来的努力提供信息和塑造。

这也是朝着实用聚变反应堆迈出的重要一步，尽管还有很多工作要做。聚变反应堆要实用，不仅需要高温，还需要合适的等离子体密度和合适的限制时间。虽然托卡马克运行得更热，但减少能量损失可确保仿星器技术仍然具有优势。

帕布兰特说：减少新古典主义运输并不是你唯一要做的事情，还有一大堆其他目标需要展示，包括稳定运行和减少湍流运输。

由于目前正在开发不同的核聚变反应堆技术，其中之一交付似乎只是时间问题。聚变产生的能量到达我们的电网可能还需要一段时间，但当它到达时，它很可能会改变世界。

W7-X 目前正在进行升级，并将于 2022 年重新开始运营。