研究一種稱為仿星器的聚變反應器的物理學家越來越接近實際利用核融合。
根據一篇新論文，德國的 Wendelstein 7-X 仿星器現在能夠容納的熱量達到太陽核心溫度兩倍的溫度。這意味著物理學家已經能夠減少熱量損失——仿星器技術的一大進步。
“對於 Fusion 來說，這個設計的成功真是令人興奮的消息，”物理學家諾維米爾·帕布蘭特說普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的。 “這清楚地表明這種優化是可以完成的。”
融合電源是世界各國能源發展的重點。從理論上講，它依賴於利用等離子體中的原子核融合產生更重元素時釋放的能量：與恆星中心發生的過程相同。如果我們能夠實現這一目標，好處將是巨大的——清潔、高輸出的能源幾乎是取之不盡、用之不竭。
然而，說來容易做來難。融合是一個極其充滿活力的過程，要遏制它並不容易。聚變能最早在 20 世紀 40 年代被研究；幾十年後，聚變反應器產生的能量仍然沒有它們損失的那麼多，而且差距相當大——儘管差距正在縮小。
融合技術目前正在打破溫度紀錄託卡馬克裝置是一種環形等離子體，被困在磁場殼中，以快速脈衝高速驅動。相對簡單的結構有助於在高溫下控制它，但僅限於突發情況。
另一方面，仿星器基於由人工智慧繪製的極其複雜的磁鐵配置，可以引導等離子體以保持其流動。這些設計和建造相當困難，這導致仿星器以熱損失的形式洩漏了大量聚變產生的能量。
溫德爾斯坦 7-X。 （伯恩哈德·路德維希/馬克斯·普朗克等離子體物理研究所）
熱量損失是一個過程的結果，這個過程稱為新古典交通，其中聚變反應器中的離子碰撞導致等離子體向外擴散。它在仿星器中的效果比在託卡馬克中更大。
由於託卡馬克裝置本身效率低下，PPPL 和馬克斯普朗克等離子體物理研究所的研究人員試圖塑造 W7-X 中的磁鐵，以嘗試減少新古典輸運的影響。現在，使用 X 射線成像晶體光譜儀 (XICS) 進行的測量顯示溫度非常高裡面反應爐。
這些得到了電荷交換複合光譜 (CXRS) 測量的支持，該測量被認為比 XICS 測量更準確，但不能在所有條件下進行。
但由於兩個資料集一致，仿星器似乎能夠達到近 3000 萬開爾文的溫度。
研究小組發現，只有大幅減少新古典主義交通，這才有可能實現。他們進行了建模，以確定如果 W7-X 沒有經過優化，新古典傳輸會損失多少熱量，結果發現 3000 萬開爾文遠遠超出了預期。
“這表明 W7-X 的優化形狀減少了新古典傳輸，對於 W7-X 實驗中看到的性能是必要的，”帕布蘭特說。 “這是展示優化重要性的一種方式。”
這一令人興奮的結果代表著在改進仿星器設計方面向前邁出了重要一步，這將為未來的努力提供資訊和塑造。
儘管還有很多工作要做，但這也是邁向實用聚變反應器的重要一步。對於聚變反應器務實，它不僅需要高溫，還需要適當的等離子體密度和適當的限制時間。雖然託卡馬克運作溫度更高，但減少能量損失可確保仿星器技術仍保持優勢。
“減少新古典主義交通並不是唯一要做的事情，”帕布蘭特說。 “還有很多其他目標需要展示，包括穩定運行和減少運輸動盪。”
目前正在開發不同的核融合反應器技術，其中一種技術的實現似乎只是時間問題。聚變產生的能量到達我們的電網可能還需要一段時間，但當它到達時，它很可能會改變世界。
W7-X 目前正在進行升級，並將於 2022 年重新開始營運。
該研究發表於自然。
