能源危機終結者，全球最大「仿星器」核聚變反應堆啟動

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北京時間12月15日消息，據英國《每日郵報》報道，科學家已經成功地開啟世界上最大的「仿星器」（Stellarator）核聚變反應堆。該裝置被昵稱為「文德爾施泰因7-X」(簡稱W7-X)，能一次約束超高溫的等離子體長達30分鐘以上。近日，W...北京時間12月15日消息，據英國《每日郵報》報道，科學家已經成功地開啟世界上最大的「仿星器」（Stellarator）核聚變反應堆。該裝置被昵稱為「文德爾施泰因7-X」(簡稱W7-X)，能一次約束超高溫的等離子體長達30分鐘以上。
近日，W7-X反應堆製造出了一種超高溫的特殊氣體，持續了十分之一秒。科學家希望，如果反應堆作用時間可以長一些，那將最終為我們帶來無限制的清潔廉價能源。12月10日，該反應堆製造出了溫度高達100萬攝氏度的氦等離子體。

▲科學家成功開啟了世界上最大的「仿星器」核聚變反應堆。該裝置被昵稱為「文德爾施泰因7-X」(簡稱W7-X)，一次約束超高溫的等離子體長達30分鐘以上。
「我們感到非常滿意，」參與W7-X運行操作的漢斯-斯蒂芬·博世(Hans-Stephan Bosch)博士在第一天的實驗結束時說，「一切都按照計劃進行。」下一個任務將是延長等離子體放電的時間，並研究利用微波製造並加熱氦等離子體的最佳方法。
研究者稱，W7-X裝置的設計成功，將有助於核聚變能源最終成為現實。該裝置目前放置在德國格賴夫斯瓦爾德的一個大型實驗室中。長時間約束超高溫等離子體是反應堆設計的「聖杯」，將有可能為世界提供用之不竭的能量來源。
類似W7-X這樣的核聚變反應堆，採用的是兩種氫的同位素——氘和氚——的原子，這些氣體被注入一個密閉室。接着，科學家添加能量，將氣體原子的電子移除，生成等離子體。這些等離子體能釋放出巨大的能量。在密閉室周圍環繞着超導線圈，可以產生強磁場。通過電流的引導，強磁場穿過等離子體，使其遠離密閉室的內壁。
反應堆最常見的設計稱為托卡馬克裝置(Tokamak)，這是一個類似圓形線圈的中空金屬結構。燃料在加熱到1.5億攝氏度以上時，能形成高溫等離子體。儘管托卡馬克裝置能理想地約束這種等離子體，但也暴露出一些安全風險，比如當電流故障時，磁場就會立即崩潰。
這種崩潰會導致磁場力的釋放，並足以損壞反應堆。在發表于《科學》（Science）雜誌的深度報告中，馬克斯·普朗克研究所的科學家稱，W7-X裝置是一個更加實用的選擇，可以克服托卡馬克裝置存在的安全問題。

▲「文德爾施泰因7-X」裝置內並聯環路的電子束，顯示出沿着磁場線的軌跡。

▲工作人員正在製作「文德爾施泰因7-X」的一個內部組件。
美國威斯康辛大學的工程師大衛·安德森（David Anderson）說：「托卡馬克裝置的使用者正在期待會發生什麼，W7-X令全世界感到振奮。」在托卡馬克裝置中，有兩組磁場用於約束等離子體，一組環繞在密閉室之外，一組位於密閉室內部，可以引導穿過等離子體的電流。這種設計使密閉室內部的磁場強於外部，等離子體有可能移動到密閉室壁上，導致磁場崩潰。
在仿星器里，等離子體被約束在外部的磁線圈內，這些磁線圈能在真空的密閉室內產生扭轉的磁場線，從而使等離子體一直遠離密閉室壁。W7-X裝置的關鍵部件是一個50圈的超導磁線圈，高度大約為3.5米。該裝置總共有16米寬。
1951年，在普林斯頓大學工作的萊曼·斯皮策（Lyman Spitzer）首次提出了仿星器的概念。然而，由於當時材料的限制，這一想法被認為太過超前。現在，利用超級計算機和新的材料，科學家最終將斯皮策的理想變成了現實。

[圖擷取自網路，如有疑問請私訊]