德國(guó)“人造太陽(yáng)”：核聚變又邁進(jìn)一步

　　德國(guó)馬克斯·普朗克研究所近日開(kāi)啟的世界最大核聚變研究設(shè)備仿星器(Stellarator)，有望加速核聚變時(shí)代的到來(lái)。

　　所謂仿星器，顧名思義，就是對(duì)恒星的模仿，實(shí)際上是一種核聚變反應(yīng)裝置。仿星器通過(guò)模仿恒星內(nèi)部持續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)，將等離子態(tài)的氫同位素氚和氘約束起來(lái)，并加熱至1億攝氏度的高溫，發(fā)生核聚變以獲得持續(xù)不斷的能量。

　　馬克斯·普朗克研究所下屬的等離子體物理研究所10日宣布，用于研究核聚變反應(yīng)的世界最大仿星器“Wendelstein 7-X”(W7-X)當(dāng)天開(kāi)始運(yùn)行，并首次制造出氦等離子體。“W7-X”是世界上最大的仿星器聚變裝置，用來(lái)研究仿星器裝置應(yīng)用于聚變電站的適用性和可行性。

　　這座受控核聚變裝置由馬克斯·普朗克等離子體物理研究所承建，位于德國(guó)東北部城市格賴(lài)夫斯瓦爾德，項(xiàng)目投資達(dá)10億歐元，目前已投入約3.7億歐元。在經(jīng)過(guò)9年的建造、超過(guò)100萬(wàn)個(gè)工時(shí)的組裝之后，這一大型裝置的主要組裝工作于2014年4月完成。隨后，研究人員開(kāi)始準(zhǔn)備工作，對(duì)所有技術(shù)系統(tǒng)逐一進(jìn)行測(cè)試。

　　12月10日當(dāng)天，研究人員向“W7-X”內(nèi)部的等離子體容器中注入大約一毫克氦氣，并打開(kāi)微波加熱裝置，氦等離子體隨之產(chǎn)生。雖然“W7-X”首次制造出的氦等離子體放電僅持續(xù)十分之一秒，溫度達(dá)到了1000，000攝氏度，但研究人員對(duì)這一結(jié)果依然十分滿(mǎn)意，表示“一切都在按計(jì)劃進(jìn)行”。對(duì)科學(xué)家們而言，下一個(gè)任務(wù)是延長(zhǎng)等離子體的放電時(shí)間，并研究使用微波產(chǎn)生和加熱氦等離子體的最好方法。

　　“我們從惰性氣體氦氣開(kāi)始制造等離子體，明年才會(huì)換成真正的研究對(duì)象——?dú)涞入x子體，”項(xiàng)目主管托馬斯·克林格爾(Thomas Klinger)說(shuō)，“因?yàn)閷⒑庾兂傻入x子體更為容易，我們還能用氦等離子體清潔容器表面?！?/p>

　　12月10日當(dāng)天，研究人員向“W7-X”內(nèi)部的等離子體容器中注入大約一毫克氦氣，并打開(kāi)微波加熱裝置，氦等離子體隨之產(chǎn)生。雖然“W7-X”首次制造出的氦等離子體放電僅持續(xù)十分之一秒，溫度達(dá)到了1000，000攝氏度，但研究人員對(duì)這一結(jié)果依然十分滿(mǎn)意，表示“一切都在按計(jì)劃進(jìn)行”。對(duì)科學(xué)家們而言，下一個(gè)任務(wù)是延長(zhǎng)等離子體的放電時(shí)間，并研究使用微波產(chǎn)生和加熱氦等離子體的最好方法。

　　“我們從惰性氣體氦氣開(kāi)始制造等離子體，明年才會(huì)換成真正的研究對(duì)象——?dú)涞入x子體，”項(xiàng)目主管托馬斯·克林格爾(Thomas Klinger)說(shuō)，“因?yàn)閷⒑庾兂傻入x子體更為容易，我們還能用氦等離子體清潔容器表面。”

　　可控核聚變一直被視為人類(lèi)徹底解決能源危機(jī)的終極模式。核聚變反應(yīng)所需的氚和氘在自然界中廣泛存在，1公斤核聚變?cè)袭a(chǎn)生的電能等同于1.1萬(wàn)噸煤產(chǎn)生的電能。核聚變反應(yīng)堆比目前核電站的核裂變反應(yīng)堆產(chǎn)生的核廢料更少，放射性也會(huì)在短期內(nèi)消失。

　　相比之下，核聚變反應(yīng)堆最為常見(jiàn)的設(shè)計(jì)叫做托卡馬克裝置(Tokamak)。這種形似甜甜圈的裝置是呈圓形線(xiàn)圈的中空金屬結(jié)構(gòu)，全球范圍內(nèi)目前有超過(guò)36臺(tái)托卡馬克正在運(yùn)行，歷史上曾建成過(guò)200多臺(tái)。當(dāng)燃料在加熱到1.5億攝氏度以上時(shí)，就能形成高溫等離子體。

　　多年來(lái)，由于用來(lái)產(chǎn)生等離子體的磁線(xiàn)圈裝置優(yōu)于目前正在運(yùn)行的仿星器，托卡馬克裝置中一直被視為最具前景的“人造太陽(yáng)”方式。同時(shí)，該類(lèi)裝置也更易建成、能更理想地約束等離子體。但不容忽視的是，托卡馬克裝置也暴露出一些安全風(fēng)險(xiǎn)，比如當(dāng)電流故障時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)立即崩潰。