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科學突破!德國的大型核聚變機器剛剛打破了另一個等離子記錄

世界領先的等離子體研究機構之一剛剛打破了新的紀錄,表明我們正在接近核聚變能源的美好目標——幾乎無限的清潔能源供應。

Wendelstein 7-X stellarator是一種利用磁鐵來限制等離子體(熱的、帶電的氣體)的裝置,它的實驗表明,它的具體設計可能是一種可行的方式,它比同類機器產生更多的能量。

Wendelstein 7-X在2015年末首次在馬克斯·普朗克等離子物理研究所(Max Planck Institute for Plasma Physics)上點火,結果顯示,在大約十分之一秒的時間裡,它可以保持一個氦離子循環,並加熱到100萬度。

如果我們要用這個技術來生產能源,這聽起來可能不太像,但請耐心等待。這台機器從來沒有打算作為一個電站來運行——它是一個試驗台,用來尋找儘可能多地利用核聚變技術的方法。它做得非常好。

在最近的測試中,w7 - x的能量是之前測試的18倍,氦離子在等離子體中快速流動達到了4000萬開氏度,比以前高出4倍。

雖然我們大多數人都熟悉典型的核能——用來發電的大原子的衰變——但當原子被焊接在一起時,聚變能就會釋放出來。

由於它不會產生原子分裂產生的那種輻射災難,它是未來最有希望的能源。事實上,除了反應堆內部的輻照面板外,核聚變是最清潔的。

聚變燃料的供應也非常豐富,我們不妨把它看作是一種無限的能源,至少在理論上是這樣。

但要讓原子融合,我們需要給它們一個有力的刺激。理想情況下,我們談論的是1億度的踢腿,這需要一種特定類型的機器。現在,有兩種很有希望的類型,w7 - x代表其中之一。

像麻省理工學院的Alcator C-Mod tokamak這樣的機器,利用產生的等離子體產生的電磁場,幫助使蠕動的果凍甜甜圈與帶電粒子保持一致。

這樣就能使「砰砰」的「砰砰」的熱雲變得又好又緊,當燃料被注入時,會產生大量的能量。但它的不穩定性使電力生產變得過於短暫。

與此同時,像w7 - x這樣的恆星加速器依賴於磁性線圈來控制等離子體,提供了更強的控制能力,這意味著熱的氦氣圈可以長時間地旋轉。

就產量而言,它們並不完全與托卡馬克相匹配,但最新的破紀錄壯舉似乎表明,W 7-X的15米寬的機器正在向我們展示一種彌合這一差距的方法。

最近的幾輪實驗也導致了遏制時間的飛躍,從最大6秒的等離子產生到大約25秒。它還沒有達到小時的規模,但它又一次朝著正確的方向邁出了一步。

馬克斯·普朗克研究所的物理學家托馬斯·桑恩·佩德森說:「對於這種尺寸的設備來說,這是一個極好的價值,而且是在現實條件下實現的。」

這些改進部分是由於添加了一種新型的內部包層,如下圖所示,它可以通過轉移影響等離子體流動的雜散粒子來控制等離子體的流動。

下一輪的操作將集中在對包層的改變上,將等離子體推向更高的密度和溫度。

對2016年第一輪試驗的分析也揭示了他們用來優化整個過程的方法,得出了正確的結果。

該研究的第一作者Andreas Dinklage說:「在更高的加熱功率和更高的等離子壓力下,進一步的實驗將會有更精確和系統的評估。」

這並不意味著我們可以確定核聚變的日期。現在仍然有很多的皺紋可以消除,而且在他們的承諾中,他們還有一段路要走,直到他們能夠打破甚至產生比他們生產的更多的東西。

接下來是燃料問題。反應堆中的氦是氫原子聚變的產物。但它不只是任何氫——一種受歡迎的被稱為氚的物質在地球上的大量儲量中並不存在,因此需要在反應堆中生產,或者在其他地方收穫。

核聚變目前還只是暫時的。但像這樣的實驗結果表明,我們正以驚人的速度朝著那個地平線前進,所以我們在這裡謹慎樂觀是正確的。

這項研究發表在《自然》雜誌上。

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