[科普中国]-仿星器类型核反应堆

概述

仿星器的概念最早在1951年，由当时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。而现在，随着超导材料和其他新型材料的出现，研究人员相信他们现在终于能够把当年斯皮策的天才设想变为现实。1

发展历程2015年，德国马克斯——普朗克研究所科学家开始启动一种新型大型核聚变反应堆——“仿星器”。根据设计思路，研究人员只需向其中注入少量的氢，并将其加热到等离子体，就可以有效地模拟了太阳内部的环境。这台代号为“Wendel stein 7一X”的所仿星器自该设备开始研发以来，就有人们质疑其究竟何时能开展工作并产生正确的磁场，但研究人员在过去数月中对“wendel stein 7一X”实施的多次试验证明，这台仿星器能够实现预期目标。研究人员介绍说，“几个月所取得的试验成果是仿星器研究过程中的重大进展，它展现了复杂的、精密的磁场结构。”

世界许多国家科学家都在努力尝试核聚变技术的利用，而德国“wendel stein 7一X”（或简写为“W7一X”）仿星器的试验则是其中最典型的代表之一。核聚变技术的拥护者认为，尽管这项技术的实际运用还需数十年的努力，但成功后的仿星器将能够完全取代化石燃料和传统的核裂变反应堆。未来的核聚变反应堆主要分为两大类型，一种是托卡马克核聚变装置，另一种就是仿星器核聚变装置。在托卡马克核聚变反应堆中，只需要利用一个2D磁场来控制等离子体，而仿星器的运行则是依靠一种扭曲的3D磁场。

研究人员一直在寻找一个重要问题的答案，即仿星器核聚变装置能否产的磁场，而这个磁场在仿星器中是唯一负责控制等离子体并使其发生核聚变的事物，但随着美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室的物理学家萨姆一拉泽尔森协同德国科学家对“w7一X”实施的多次试验结果，如今证明了仿星器在未来核聚变反应堆中是可行的。设计方案中的“w7一x”并不会直接产生任何能量。萨姆——拉泽尔森表示，“我们已经证实所建立的磁场可以达到正常运行的设计要求。”不过，“w7一x”在接下来数年中，将继续测试核聚变装置要面对的极端环境。

仿星器核聚变反应堆是将炽热的等离子体限制于扭曲的磁场中进行聚变反应。托卡马克聚变反应堆则是利用强大的电流引导等离子体，在类似甜面圈形状的设备中进行聚变反应。于20世纪50年代由前苏联物理学家发明托卡马克聚变反应堆被认为建造相对容易。但是仿星器的扭曲结构可以帮助其更好地控制等离子体，以及运行风险较小，不像托卡马克反应堆那样容易出现内部电流突然中断现象，造成聚变反应立即停止。2