王丟兜 @ 2015.11.03 , 03:00 pm
60多年來，科學(xué)家們一直夢想著一種永不枯竭的清潔能源形式：核聚變。
而他們還在夢想著。
但是感謝普朗克研究所在等離子體物理學(xué)上的努力，專家們希望這可能會很快改變。
去年，經(jīng)過110萬施工小時，該所完成了世界上最大的稱為仿星器的核聚變機器。
這臺直徑52英尺(15.85米)的機器名叫W7-X。
經(jīng)過一年多測試，工程師們終于準備好首次點亮這臺11億美元機器，據(jù)《科學(xué)》報道，這可能在10月底前就能發(fā)生。
核反應(yīng)堆中的黑馬
仿星器在等離子體物理學(xué)界被稱為核聚變反應(yīng)堆中的“黑馬”，它惡名昭彰地難以建造。
下面顯示了W7-X歷時19年才造完的眾多不同層次：
從2003年到2007年，該項目在建設(shè)期間遭受了一些重大挫折——包括承包制造商之一倒閉——幾乎導(dǎo)致整個項目取消。
建造仿星器的嘗試屈指可數(shù)，而建成的甚至更少。
相比之下，仿星器更受歡迎的表親稱為托卡馬克，卻得到廣泛使用。世界各地有超過三十六臺托卡馬克正在運作，而史上一共曾建造過200多臺。這些機器更容易建造，而且在過去作為核反應(yīng)堆比仿星器性能更好。
但托卡馬克們有一個重大缺陷，而W7-X據(jù)說對此是免疫的，預(yù)示著這臺最新的德國機器怪獸可能會是一個游戲規(guī)則改變者。
核聚變反應(yīng)堆如何工作
托卡馬克裝置一般示意圖。注意它比仿星器層數(shù)更少，而且磁線圈形狀也不同。
任何一種核聚變反應(yīng)堆成功的關(guān)鍵是生成、約束和控制一坨稱為等離子體的氣體，它被加熱到1.8億華氏度(1億攝氏度)以上的溫度。
在這種熾熱溫度下，電子被從原子上扯下，形成等離子。
通常情況下，離子們會像碰碰車一樣互相彈開，但在這種極端條件下它們間的排斥力就能被克服。
因而離子就能互相碰撞并融合，產(chǎn)生能量，你就完成了核聚變。今天的核反應(yīng)堆的燃料不同于核聚變，它的運作能量來自于原子衰變或裂變，而不是融合。
核聚變過程驅(qū)動了我們的太陽約45億年，并且還將繼續(xù)約40億年。
一旦工程師們在反應(yīng)堆中加熱氣體到適當溫度，就使用超低溫冷卻的磁線圈產(chǎn)生強大磁場約束和控制等離子體。
例如，W7-X裝有50個六噸重的磁線圈，在下面的GIF中顯示為紫色。等離子體被約束在紅圈內(nèi)：
托卡馬克和仿星器的區(qū)別
因為托卡馬克的磁線圈配置比目前運作中的仿星器能更好地約束等離子體，它多年來被認為是以太陽的方式產(chǎn)生能量的最有前途的機器。
W7-X示意圖。
但是有一個問題：托卡馬克只能短暫爆發(fā)地控制等離子體，持續(xù)不超過七分鐘。而生成等離子體所需的能量比工程師們能從這些周期性爆發(fā)中得到的能量更多。
因而托卡馬克們消耗比它們所產(chǎn)生更多的能量，這可不是你想要的已被吹捧為“未來千年中最重要的能量來源”的核聚變反應(yīng)堆。
因為仿星器的設(shè)計，專家們猜測它能一次性維持等離子體至少30分鐘以上，這比任何托卡馬克都長的多。法國的托卡馬克裝置“Tore Supra ”目前保持著6分30秒的記錄。
如果W7-X成功，它將改變核聚變界的方向并把仿星器推到聚光燈下。
“全世界正等著看我們是否能達到約束時間，并保持更長的脈沖，” 普林斯頓等離子體物理實驗室的仿星器首席物理學(xué)家David Gates告訴《科學(xué)》。
下面是W7-X建造的延時視頻：
[王丟兜 via BsinessInsider]
