“仿星器”將投入運行:幫助人類實現可控核聚變

科學家們正接近將世界上最大的“仿星器”投入使用。這台仿星器代號“Wendelstein 7-X(W7-X)”，其一次運行可以連續約束超高温等離子體長達30分鐘

這台設備坐落在德國格賴夫斯瓦爾德(Greifswald)，研究人員表示這一超凡設計的裝置最終將幫助人類將可控核聚變變為現實

北京時間10月30日消息，科學家們正接近將世界上最大的“仿星器”投入使用。所謂“仿星器”(Stellarator)，顧名思義就是對恆星的模仿，本質上這是一種核聚變反應研究設備。這裏提到的這台仿星器代號“Wendelstein 7-X(W7-X)”，其一次運行可以連續約束超高温等離子體長達30分鐘。這台設備坐落在德國格賴夫斯瓦爾德(Greifswald)，研究人員表示這一超凡設計的裝置最終將幫助人類將可控核聚變變為現實。

長期以來，實現對超高温等離子體的長時間約束一直是反應堆設計領域的聖盃，因為這將能夠為人類提供幾乎用之不竭的能源。核聚變反應堆，就如同這裏提到的W7-X型反應堆，利用兩種類型的氫原子實現運行——氘和氚，並將這些氣體注入到約束艙內。隨後科學家們對其施加能量，從而使這些氫同位素原子的電子脱離原子，形成等離子體，在此過程中會釋放出巨大的能量。強大的磁場會阻止這些等離子體接近艙壁，這種強大磁場是採用包裹約束艙的超導線圈以及存在於這些等離子體中的電流產生的。

一般在核聚變領域最為常見的設計方案被稱為“托克馬克”，其典型外觀是一種中空的金屬艙，外形則有點類似一個甜甜圈。隨後其中的“燃料”開始被加熱，一直到温度超過1500萬攝氏度，從而產生超高温等離子體。

但儘管托克馬克裝置非常適合用來約束這些等離子體，但其本身仍然存在着一些安全隱患，比如電流中斷或磁場中斷都將導致嚴重後果，這樣的中斷將對整個反應堆造成破壞。

德國馬克斯普朗克研究所的科學家們指出，W7-X型反應堆則是一種更加實用的選擇，其可以克服存在於托克馬克裝置設計中存在的安全問題。

美國威斯康星大學麥迪遜分校的核工程師大衞·安德森(David Anderson)表示：“從事托克馬克裝置領域研究的人們正密切注視着事情的進展，在世界範圍內都洋溢着一種對於W7-X裝置的興奮之情。”

在托克馬克設計中，採用了兩組強大的磁鐵提供對等離子體的約束，其中一組被設置在真空腔四周，另外一組則設置在內部，作用是驅動真空腔內的等離子體運動。然而這樣的設計將會造成裝置的內部磁場強度比外部更強，於是托克馬克裝置內部的等離子體就有可能衝向設備外壁並在那裏與電子結合，重新變成原子。

而在“仿星器”設備中，等離子體是採用外部磁線圈產生的扭曲磁感線對內部運行的等離子體進行約束的，因此也就不存在這樣的問題。

“仿星器”設計中的核心部件便是高度大約3.5米得到磁線圈裝置，而整個仿星器設備的寬度大約為16米左右。

仿星器設計最早在1951年由在美國普林斯頓大學工作的著名物理學家萊曼·斯皮策(Lyman Spitzer)提出。但在當時，人們普遍認為這種設計太過複雜，利用20世紀中期的材料技術難以克服這些困難。在現在，隨着超導材料和其他新型材料技術的進步，研究人員相信他們現在終於將能夠把當年斯皮策的天才設想變為現實。

一般在核聚變領域最為常見的設計方案被稱為“托克馬克”，其典型外觀是一種中空的金屬艙，外形則有點類似一個甜甜圈。儘管托克馬克裝置非常適合用來約束這些等離子體，但其本身仍然存在着一些安全隱患，比如電流中斷或磁場中斷都將導致嚴重後果

任職於德國聯邦教育與研究部的喬哈娜·萬卡(Johanna Wanka)教授表示：“我們都知道全球發展的趨勢，在一些新興國家對於能源的渴求。因此當我們談論能源時，我們需要研究工作以確保我們對於所有選項都是開放的，而其中的選項之一便是核聚變技術。Wendelstein 7-X是我們邁向對核聚變技術進行更好評估的關鍵一步。”

整台設備花費了工程師們超過110萬工作小時來進行組裝，在此過程中他們採用了世界上迄今最為複雜的工程模型。

到今年6月份，工程師們最終完成了對“Wendelstein 7-X”設備的磁場測試，這比預想的時間點大大提前了。相關測試結果表明，用於等離子體約束的磁場在數百萬攝氏度的條件下，其運作模式與科學家們此前的預計完全吻合。目前該裝置正在等待相關方面的批准，以便從今年11月份開始投入正式運行。如果屆時能夠證明這台裝置運行正常，那麼科學家們相信它將改變核聚反應堆研究領域發展的方向。(晨風)