可控核聚变突破：首次实现等离子体放电

　　可控核聚变一直被认为是解决能源问题的主要选择。1公斤核聚变原料产生的电能等同于1.1万吨煤产生的电能，而核聚变反应所需的氚和氘在自然界中广泛存在，核聚变反应堆比目前核电站的核裂变反应堆产生的核废料更少，放射性也会在短期内消失。因此，可控核聚变也一直是人类研究的重点。近日，科学家在这一研究上又迈出重要一步。

　　12月10日，德国马克斯•普朗克研究所下属的等离子体物理研究所宣布，用于研究核聚变反应的世界最大仿星器“螺旋石7－X”当天开始运行，并首次制造出氦等离子体。

　　成功的开始

　　据新华网11日报道，位于格赖夫斯瓦尔德的马克斯•普朗克等离子体物理研究所10日宣布其在“螺旋石7－X”装置上，实现首次氦等离子体放电。在超过一年的技术准备和实验后，实验运行已经按照计划实施。“螺旋石7－X”是世界上最大的仿星器聚变装置，用来研究仿星器装置应用于聚变电站的适用性和可行性。

　　当日，研究人员启动磁场，以及计算机运行的实验控制系统。然后，向排空后的等离子体室中注入大约一毫克氦气，并打开1.3兆瓦脉冲的微波加热，——随后，工作人员在观察和测量装置中看到了第一束等离子体。

　　首次等离子体放电持续了十分之一秒，温度达到了1000,000摄氏度。第一天的实验结束后，“我们非常满意，”Hans-Stephan Bosch博士说，他所在的部门负责“螺旋石7－X”的运行，“一切都按计划进行。”下一个任务是延长等离子体放电的时间，并研究使用微波产生和加热氦等离子体的最好方法。

　　“我们从惰性气体氦气开始制造等离子体，明年我们才会换成真正的研究对象——氢等离子体，”项目主管Thomas Klinger教授说，“因为将氦气变成等离子体更为容易，我们还能用氦等离子体清洁容器表面。”

　　“螺旋石7－X”项目由马克斯•普朗克等离子体物理研究所承建，位于德国东北部城市格赖夫斯瓦尔德。该项目在20世纪末期就开始筹划，组装阶段于2005年4月开始。该项目成本约为10亿欧元，在9年的建设工作和超过1000,000个小时的部件装配工作后，“螺旋石7－X”的主要部件已在2014年4月装配完成。德国联邦政府承担大约七成费用，此外还获得欧洲多家科研机构和企业的支持。

　　扩展阅读：仿星器与托卡马克

　　可控核聚变的原理是模拟发生在太阳上的核聚变，将等离子态的氢同位素氘和氚约束起来，并加热至1亿摄氏度左右发生聚变，以获得持续不断的能量。

　　等离子体约束技术是可控核聚变的一个核心课题，仿星器借助外导体的电流等产生的磁场约束等离子体，优点是能够连续稳定运行，是目前较有希望的可控核聚变装置类型之一。

　　除了仿星器外，目前还有另一种利用磁场进行等离子体约束的装置——托卡马克。事实上，在磁约束聚变研究中，托卡马克更受喜爱：目前世界各地有超过三十六台托卡马克正在运作，而史上一共曾建造过200多台。因为他们容易建造，而且在过去作为核反应堆比仿星器性能更好。

　　仿星器曾被称为核聚变反应堆中的“黑马”——它以难以建造而“臭名昭著”。和托卡马克相比，仿星器复杂得简直像个人类难以理解的天外来物。顾名思义，仿星器就是对恒星的模仿，实际上是一种核聚变反应研究设备。

　　按照设计，仿星器通过模仿恒星内部持续不断的核聚变反应，将等离子态的氢同位素氚和氘约束起来，并加热至1亿摄氏度的高温，发生核聚变以获得持续不断的能量。马克斯•普朗克研究所同时拥有这两种不同类型的核聚变研究装置。与目前常用的以环形封闭磁场约束等离子体、实现可控核聚变的“托克马克”方式相比，“螺旋石7－X”不但安全性更高，其最大特点是一次运行可以连续约束超高温等离子体长达30分钟，而“托克马克”方式的这一约束时间最高纪录仅为6分30秒。

　　实现对超高温等离子体的长时间约束意味着控制核聚变的进程，也就是说可以控制核聚变的开始和停止，并随时对反应速度进行调控。因此“螺旋石7－X”等仿星器设计方案被认为是未来核电站反应堆的发展方向。