“仿星器”将投入运行:帮助人类实现可控核聚变

科学家们正接近将世界上最大的“仿星器”投入使用。这台仿星器代号“Wendelstein 7-X(W7-X)”，其一次运行可以连续约束超高温等离子体长达30分钟

这台设备坐落在德国格赖夫斯瓦尔德(Greifswald)，研究人员表示这一超凡设计的装置最终将帮助人类将可控核聚变变为现实

北京时间10月30日消息，科学家们正接近将世界上最大的“仿星器”投入使用。所谓“仿星器”(Stellarator)，顾名思义就是对恒星的模仿，本质上这是一种核聚变反应研究设备。这里提到的这台仿星器代号“Wendelstein 7-X(W7-X)”，其一次运行可以连续约束超高温等离子体长达30分钟。这台设备坐落在德国格赖夫斯瓦尔德(Greifswald)，研究人员表示这一超凡设计的装置最终将帮助人类将可控核聚变变为现实。

长期以来，实现对超高温等离子体的长时间约束一直是反应堆设计领域的圣杯，因为这将能够为人类提供几乎用之不竭的能源。核聚变反应堆，就如同这里提到的W7-X型反应堆，利用两种类型的氢原子实现运行——氘和氚，并将这些气体注入到约束舱内。随后科学家们对其施加能量，从而使这些氢同位素原子的电子脱离原子，形成等离子体，在此过程中会释放出巨大的能量。强大的磁场会阻止这些等离子体接近舱壁，这种强大磁场是采用包裹约束舱的超导线圈以及存在于这些等离子体中的电流产生的。

一般在核聚变领域最为常见的设计方案被称为“托克马克”，其典型外观是一种中空的金属舱，外形则有点类似一个甜甜圈。随后其中的“燃料”开始被加热，一直到温度超过1500万摄氏度，从而产生超高温等离子体。

但尽管托克马克装置非常适合用来约束这些等离子体，但其本身仍然存在着一些安全隐患，比如电流中断或磁场中断都将导致严重后果，这样的中断将对整个反应堆造成破坏。

德国马克斯普朗克研究所的科学家们指出，W7-X型反应堆则是一种更加实用的选择，其可以克服存在于托克马克装置设计中存在的安全问题。

美国威斯康星大学麦迪逊分校的核工程师大卫·安德森(David Anderson)表示：“从事托克马克装置领域研究的人们正密切注视着事情的进展，在世界范围内都洋溢着一种对于W7-X装置的兴奋之情。”

在托克马克设计中，采用了两组强大的磁铁提供对等离子体的约束，其中一组被设置在真空腔四周，另外一组则设置在内部，作用是驱动真空腔内的等离子体运动。然而这样的设计将会造成装置的内部磁场强度比外部更强，于是托克马克装置内部的等离子体就有可能冲向设备外壁并在那里与电子结合，重新变成原子。

而在“仿星器”设备中，等离子体是采用外部磁线圈产生的扭曲磁感线对内部运行的等离子体进行约束的，因此也就不存在这样的问题。

“仿星器”设计中的核心部件便是高度大约3.5米得到磁线圈装置，而整个仿星器设备的宽度大约为16米左右。

仿星器设计最早在1951年由在美国普林斯顿大学工作的著名物理学家莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer)提出。但在当时，人们普遍认为这种设计太过复杂，利用20世纪中期的材料技术难以克服这些困难。在现在，随着超导材料和其他新型材料技术的进步，研究人员相信他们现在终于将能够把当年斯皮策的天才设想变为现实。

一般在核聚变领域最为常见的设计方案被称为“托克马克”，其典型外观是一种中空的金属舱，外形则有点类似一个甜甜圈。尽管托克马克装置非常适合用来约束这些等离子体，但其本身仍然存在着一些安全隐患，比如电流中断或磁场中断都将导致严重后果

任职于德国联邦教育与研究部的乔哈娜·万卡(Johanna Wanka)教授表示：“我们都知道全球发展的趋势，在一些新兴国家对于能源的渴求。因此当我们谈论能源时，我们需要研究工作以确保我们对于所有选项都是开放的，而其中的选项之一便是核聚变技术。Wendelstein 7-X是我们迈向对核聚变技术进行更好评估的关键一步。”

整台设备花费了工程师们超过110万工作小时来进行组装，在此过程中他们采用了世界上迄今最为复杂的工程模型。

到今年6月份，工程师们最终完成了对“Wendelstein 7-X”设备的磁场测试，这比预想的时间点大大提前了。相关测试结果表明，用于等离子体约束的磁场在数百万摄氏度的条件下，其运作模式与科学家们此前的预计完全吻合。目前该装置正在等待相关方面的批准，以便从今年11月份开始投入正式运行。如果届时能够证明这台装置运行正常，那么科学家们相信它将改变核聚反应堆研究领域发展的方向。(晨风)