德國”仿星器”試驗成功：模擬太陽內(nèi)部環(huán)境

去年，德國馬克斯-普朗克研究所科學家開始啟動一種新型大型核聚變反應(yīng)堆--“仿星器”。根據(jù)設(shè)計思路，研究人員只需向其中注入少量的氫，并將其加熱到成為等離子體，就可以有效地模擬了太陽內(nèi)部的環(huán)境。這臺所謂仿星器的代號為“Wendelstein 7-X”。自該設(shè)備開始研發(fā)以來，人們一直在質(zhì)疑其究竟何時能夠按預(yù)期目標開展工作，并產(chǎn)生正確的磁場。在過去數(shù)月中，研究人員對“Wendelstein 7-X”實施的多次試驗證明，這臺仿星器能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標。

世界許多國家科學家都在努力嘗試核聚變技術(shù)的利用，德國“Wendelstein 7-X”(或簡寫為“W7-X”)仿星器的試驗則是其中最典型的代表之一。核聚變技術(shù)的擁護者認為，這項技術(shù)的實際運用盡管還需數(shù)十年的努力，但一旦成功，仿星器將能夠完全取代化石燃料和傳統(tǒng)的核裂變反應(yīng)堆。未來的核聚變反應(yīng)堆主要分為兩大類型，一種是托卡馬克核聚變裝置，另一種就是仿星器核聚變裝置。在托卡馬克核聚變反應(yīng)堆中，只需要利用一個2D磁場來控制等離子體，而仿星器的運行則是依靠一種扭曲的3D磁場。

在過去數(shù)月中，美國能源部物理學家薩姆-拉澤爾森協(xié)同德國科學家對“W7-X”實施了多次試驗。研究人員得到的試驗結(jié)果可以證明仿星器在未來核聚變反應(yīng)堆中是可行的。既然仿星器已經(jīng)啟動，研究人員一直在尋找一個重要問題的答案，即它能否產(chǎn)生一個正確的磁場。這個磁場在仿星器中非常關(guān)鍵，它是仿星器中唯一負責控制等離子體并使其發(fā)生核聚變的事物?？茖W家們最新試驗成果發(fā)表于《自然通訊》之上。

研究項目負責人薩姆-拉澤爾森來自美國能源部普林斯頓等離子體物理實驗室。拉澤爾森表示，“我們已經(jīng)證實，我們所建立的磁場可以達到設(shè)計的要求去正常運行。”根據(jù)設(shè)計方案，“W7-X”自身并不會直接產(chǎn)生任何能量。在接下來數(shù)年中，“W7-X”將繼續(xù)測試核聚變裝置中將要面對的極端環(huán)境。在去年12月的首次試驗中，研究人員使用的是氦，因為它比氫更容易加熱。研究人員介紹說，“幾個月所取得的試驗成果是仿星器研究過程中的重大進展，它展現(xiàn)了復(fù)雜的、精密的磁場結(jié)構(gòu)。”

仿星器也是一種核反應(yīng)堆，但是它沒有托卡馬克聚變反應(yīng)堆應(yīng)用廣泛。仿星器將熾熱的等離子體限制于扭曲的磁場中進行聚變反應(yīng)。托卡馬克聚變反應(yīng)堆則是利用強大的電流引導(dǎo)等離子體在一個油炸圈餅形狀的設(shè)備中進行聚變反應(yīng)。托卡馬克聚變反應(yīng)堆于上世紀50年代由前蘇聯(lián)物理學家發(fā)明。一般認為，托卡馬克反應(yīng)堆建造相對容易。

仿星器的扭曲結(jié)構(gòu)可以幫助其更好地控制等離子體。此外，仿星器運行風險較小，不像托卡馬克反應(yīng)堆那樣容易出現(xiàn)內(nèi)部電流突然中斷現(xiàn)象，造成聚變反應(yīng)立即停止。聚變反應(yīng)可以提供近乎無窮無盡的能量，從而終結(jié)依賴化石燃料發(fā)電的歷史。