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。
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两倍的温度。 这意味着物理学家已经能够减少热量损失——仿星器技术的一大进步。
“对于 Fusion 来说，这个设计的成功真是令人兴奋的消息，”物理学家诺维米尔·帕布兰特说普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的。 “这清楚地表明这种优化是可以完成的。”
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产生更重元素时释放的能量：与恒星中心发生的过程相同。 如果我们能够实现这一目标，好处将是巨大的——清洁、高输出的能源几乎取之不尽、用之不竭。
然而，说起来容易做起来难。 融合是一个极其充满活力的过程，遏制它并不容易。 聚变能最早在 20 世纪 40 年代被研究； 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，而且差距相当大——尽管差距正在缩小。
融合技术目前正在打破温度记录托卡马克装置是一种环形等离子体，被困在磁场壳中，以快速脉冲高速驱动。 相对简单的结构有助于在高温下控制它，但仅限于突发情况。
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。 这些设计和建造相当困难，这导致仿星器以热损失的形式泄漏了大量聚变产生的能量。
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）
热量损失是一个过程的结果，这个过程称为新古典交通，其中聚变反应堆中的离子碰撞导致等离子体向外扩散。 它在仿星器中的效果比在托卡马克中更大。
由于托卡马克装置自身效率低下，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 中的磁体，以尝试减少新古典输运的影响。 现在，使用 X 射线成像晶体光谱仪 (XICS) 进行的测量显示温度非常高里面反应堆。
这些得到了电荷交换复合光谱 (CXRS) 测量的支持，该测量被认为比 XICS 测量更准确，但不能在所有条件下进行。
但由于两个数据集一致，仿星器似乎能够达到近 3000 万开尔文的温度。
研究小组发现，只有大幅减少新古典主义交通，这才有可能实现。 他们进行了建模，以确定如果 W7-X 没有经过优化，新古典传输会损失多少热量，结果发现 3000 万开尔文远远超出了预期。
“这表明 W7-X 的优化形状减少了新古典传输，对于 W7-X 实验中看到的性能是必要的，”帕布兰特说。 “这是展示优化重要性的一种方式。”
这一令人兴奋的结果代表着在改进仿星器设计方面向前迈出了重要一步，这将为未来的努力提供信息和塑造。
尽管还有很多工作要做，但这也是迈向实用聚变反应堆的重要一步。 对于聚变反应堆务实，它不仅需要高温，还需要适当的等离子体密度和适当的限制时间。 虽然托卡马克运行温度更高，但减少能量损失可确保仿星器技术仍然保持优势。
“减少新古典主义交通并不是唯一要做的事情，”帕布兰特说。 “还有很多其他目标需要展示，包括稳定运行和减少运输动荡。”
目前正在开发不同的核聚变反应堆技术，其中一种技术的实现似乎只是时间问题。 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，将于 2022 年重新开始运营。
该研究发表于自然。
