德國Wendelstein 7-X聚變反應堆創下新紀錄 持續時間破百秒

與重核裂變相比，被稱作「人造太陽」的氫聚變反應有著更多的優點，但相關研究一直面臨著巨大的技術挑戰。好消息，位於德國的 Wendelstein 7-X 聚變反應堆，正在向著破紀錄的目標前進。經過一系列的升級，科學家們在研究報告中稱，該實驗裝置已經達到了此類裝置的最高能量密度、以及最長的等離子體放電時間。

Wendelstein 7-X 核反應堆的扭膛（IPP，Jan Michael Hosan）

簡而言之，我們距離尋求清潔聚變能源的目標又近了一步。與其它實驗性核聚變反應堆一樣，有朝一日，Wendelstein 7-X 之類的反應堆，將成為零排放發電廠的一部分。

需要指出的是，利用磁場來保持等離子體流，並不是那麼的容易 —— 尤其在需要達到比太陽更熱的溫度時。

一段時間以來，科學家們通過所謂的托卡馬克聚變反應堆來追求這一點。這種聚變反應器是一種簡單的裝置，用於將等離子體流懸浮在腔室中，形成圓潤的環狀。

作為對比，Wendelstein 7-X 屬於仿星器核反應堆，其採用了高度複雜的形式，藉助了 50 個超導磁性線圈。

通過將等離子體保持在『經由不規則環路扭轉和轉向』的安全殼區域內（而不是圓環），該方案可防止等離子體流漂移到反應器的外壁而坍塌。

堆內產生了創紀錄的氫等離子體（IPP, Wigner RCP）

雖然早在 1951 年，普林斯頓大學就率先提出了仿星器的概念，但所需的計算被認為太過複雜。直到超級計算機的到來，學界才愉快地投入了這方面的研究。

即便如此，作為全球最大、最複雜的仿星器，Wendelstein 7-X 仍需 15 年才完成。

馬克斯普朗克等離子體物理研究所的科學家們，於 2015 年 12 月首次對其進行了研究。自那時起，研究已取得長足的進步。

氦等離子體的初始閃光，只持續了 1/10 秒。幾個月後的首次氫等離子體爆發，則持續了整整 1/4 秒。

現在，該團隊表示，在最新一輪的實驗中，他們已經首次實現了超過 100 秒的長效等離子體，創下了此類仿星器的新紀錄。

儘管初期耗費了上百萬的安裝工時，但該仿星器的工作仍在持續。（IPP）

此外，藉助新安裝的組件（將快速的氫原子注入等離子體流中），實驗還報告了前所未有的能量產出 —— 等離子體密度高達 2×1020 個 / 立方米，足以滿足未來的發電站需求。

在等離子體能量首次超過 1 兆焦耳的同時，容器壁也沒有變得太熱。等離子體溫度達到了 2000 萬攝氏度（3600 萬華氏度），超過了太陽的 1500 萬 ℃（2700 萬 ℉）。

目前該仿星器項目仍在持續推進。2017 年 9 月的時候，內壁被安裝上了石墨瓦、以便實現更高的內部溫度和更長的等離子體放電時間。不過現在，它們已被碳纖水冷元件取代。

這將有助於團隊實現其最新目標，即在 Wendelstein 7-X 的扭曲磁場中，將持續容納超熱等離子體超過 30 分鐘。

雖然這款高度精細的概念驗證設備並不是為了實際出產能量而設計的，但若研究得以實現，它將提供令人信服的證據，證明仿星器這種核聚變設施可成為「環境可持續型能源組合」的一部分。

[編譯自：New Atlas , 來源：Max Planck Institute for Plasma Physics]

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