德國仿星器刷新2000萬度高溫紀錄，核聚變能源即將迎來突破？

人類對能源的需求正在逐漸加熱我們的地球，這其中主要是燃燒化石燃料產生溫室氣體導致氣候變暖的功勞。為遏阻氣候變暖，各國都在尋求水能、風能、核能、太陽能等清潔能源，但同樣會釀成不同的環境和生態後果。要保護我們的地球家園，人們寄希望於一種最清潔，最有效的能源，那就是模擬恆星內部反應的核聚變。

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目前很多國家都在單獨或聯合研究核聚變反應堆，最熱的是托克馬克裝置，包括歐洲國際熱核聚變實驗反應堆，美國國家點火裝置，以及中國合肥的先進實驗超導托卡馬克實驗裝置等。中國的托克馬克號稱人造太陽，本月12日首次實現了加熱功率超過1億兆瓦，等離子體儲能達到300千焦，等離子體中心電子溫度首次達到1億度，約束時間達101.2秒，朝著未來聚變堆實驗運行邁出了關鍵一步。

然而還有一種核聚變反應堆也不容忽視，這就是以德國文德爾施泰因7-X為代表的仿星器。德國團隊昨天宣布，該裝置已實現最高的能量密度和最長的等離子放電時間，等離子體溫度達到2000萬°C，已超過太陽1500萬°C的溫度，標誌著在尋求清潔聚變能源方面又向前邁進了一大步。

由於核聚變需要將等離子體加熱到超高的溫度，地球上任何容器都無法容納，因而必須用磁場將它們約束在一起，長時間保持比太陽還高的高溫，才能讓受控核聚變持續下去。因此等離子體能達到的溫度和持續時間就成了核聚變裝置能否成功的關鍵。

托克馬克裝置是用超導線圈組成簡單的甜甜圈或者說游泳圈形狀的環形裝置，用環形螺旋磁籠來約束高溫等離子體，需要在等離子體中感生高達上千萬安的超強電流；仿星器則不需要強大的等離子體電流，而是直接扭曲外部線圈，產生環形的扭曲磁籠以約束等離子體，看起來高度複雜，完全就是一個怪胎。簡單地說，托克馬克像甜甜圈，仿星器像麻花。

上世紀五六十年代仿星器的研究非常普遍，但70年代托克馬克有重大進展後，仿星器一度失寵，而近年來托克馬克研究中出現了一些問題，仿星器才再次受到關注。

文德爾施泰因7-X造價達10.6億歐元，採用一種高度複雜的形式，用50個超導磁性線圈將等離子體約束在一個閉合扭曲的環形磁籠中，可能是這個世界上最複雜的結構之一了。

德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所在2015年12月首次啟動了文德爾施泰因7-X，成功生成1000000k氦等離子體，持續十分之一秒；幾個月後，生成80000000k氫等離子體，持續四分之一秒。

昨天該團隊宣布，他們最新一輪的實驗首次實現了持續時間超過100秒，溫度高達2000萬°C的氫等離子體，能量第一次超過了1兆焦耳，創下了這種仿星體的紀錄。此外，這次試驗還創造了每立方米2×10^20個粒子的高等離子體密度，根據科學家們的說法，這種密度已可以滿足未來發電站的要求了。

文德爾施泰因7-X的目標是在扭曲磁籠中產生能連續保持30分鐘以上的超高溫等離子體，如果能夠實現，這個看似奇葩的高度精密概念驗證裝置將令人信服地證明，仿星器核聚變可以成為未來可持續能源的重要組成部分。但是就目前而言，它仍然還是一個很大的假設。

參考：https://www.ipp.mpg.de/4550215/11_18

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