离人造太阳更近一步：德国核聚变研究取得突破性进展

据国外知名航天科技媒体 Space 近期报道，德国仿星器核聚变反应堆研究取得突破进展：科学家们初步制造了测量误差小于 1:100000 的磁体拓扑结构，为下一步等离子体运转测试做了良好开端。尽管这只是核聚变研究的阶段性成果，但在核聚变研究史上却意义非凡。

核聚变反应堆：仿星器

因为核聚变所能产生的巨大能量，一旦核聚变最终可控，那么人类所面临的能源问题将会彻底解决。第四能源此前对核聚变的研究已做了相关报道，认为核聚变能以其巨大能量、可持续再生、清洁无污染等诸多优点，将成为人类的明日能源之星。

近 40 年来，科学家们对核聚变的研究起初集中在托克马克概念；然而，随着等离子体理论的兴起，科学家将研究兴趣转移到仿星器上来。

仿星器是一个巨大的电磁空间。为实现核聚变，科学家们必须将这个空间加热到极高的温度（可达上亿摄氏度），从而将氢原子加热到等离子体状态。等离子体在极热状态下，能将曾经包裹自己的物质极速燃烧，从而释放出无比巨大的能量。

但是，极高温状态下的等离子体并不可控，所以需要借助超导体电流产生的磁场约束等离子体。这便是仿星器的设计原理。

德国 Wendelstein 7-X 仿星器

作为世界上最大最成熟的仿星器，德国 Wendelstein 7-X（以下简称「W7-X」）于 2014 年 5 月正式建成，它由德国马普学会等离子体物理研究所（IPP）运营，但其发展其实一直离不开国际合作。最近的研究，就有来自美国能源局下属的普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的深度参与。

W7-X 仿星器由 50 个超导磁线圈组成，它们是该仿星器的核心部件。在 W7-X 的电磁空间内，等离子体的温度能达到 8000 万摄氏度。

目前，W7-X 的项目经费约有 10 亿欧元，其中 70% 来自德国联邦政府，另外 30% 来自风险投资。W7-X 已经开始正常运营，其目标是将早期等离子体理论中面临的问题逐一解决，最终建造出一座核聚变电站。

近期研究成果

今年年初，W7-X 就已成功点火，生成了第一批氢等离子体；而近期的研究成果，则让科学家们的研究工作能够顺利进入下一阶段。

PPPL 首席科学家 David Gates 领衔的科学家团队，最近在顶级科技期刊《自然通讯》上发表了一篇题为《W7-X 仿星器磁体区域拓扑结构误差小于 1:100000》的研究论文，表明「密闭空间所需的嵌套磁表面的裁切拓扑结构已经实现，测量误差小于 1:100000」。

作为 W7-X 核反应堆的初步成果，这是仿星器研究道路上意义非凡的一步。该科学家团队认为，「它向人们显示了，复杂却精致的磁体拓扑结构是可以在需要的精度范围内，被创造且被调控的。」

David Gates 最近在一封工作邮件中也说明，「最近的测试表明，W7-X 的磁体笼工作正常。这为下一步的等离子体运转测试做了非常好的基础性工作。 」

在第四能源看来，核聚变的研究工作是一项长期且艰辛的事业，在未来 10-20 年，该领域的研究将取得更为重大的发展。W7-X 目前所取得的研究进展，为下一步的研究做了很好的铺垫；然而，等在科学家前面的难题，仍然不胜枚举。

**作者张龙华，文章首发第四能源（微信号：FourthEnergy），转载请与第四能源取得联系。

题图来自Nature Communications。