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能源危机终结者,全球最大“仿星器”核聚变反应堆启动

2015-12-18 8:52:04点击:

来源:新浪科技


据报道,科学家已经成功地开启世界上最大的“仿星器”(Stellarator)核聚变反应堆。该装置被昵称为“文德尔施泰因7-X”(简称W7-X),能一次约束超高温的等离子体长达30分钟以上。


近日,W7-X反应堆制造出了一种超高温的特殊气体,持续了十分之一秒。科学家希望,如果反应堆作用时间可以长一些,那将最终为我们带来无限制的清洁廉价能源。12月10日,该反应堆制造出了温度高达100万摄氏度的氦等离子体。



▲科学家成功开启了世界上最大的“仿星器”核聚变反应堆。该装置被昵称为“文德尔施泰因7-X”(简称W7-X),一次约束超高温的等离子体长达30分钟以上。



“我们感到非常满意,”参与W7-X运行操作的汉斯-斯蒂芬·博世(Hans-Stephan Bosch)博士在第一天的实验结束时说,“一切都按照计划进行。”下一个任务将是延长等离子体放电的时间,并研究利用微波制造并加热氦等离子体的最佳方法。


研究者称,W7-X装置的设计成功,将有助于核聚变能源最终成为现实。该装置目前放置在德国格赖夫斯瓦尔德的一个大型实验室中。长时间约束超高温等离子体是反应堆设计的“圣杯”,将有可能为世界提供用之不竭的能量来源。


类似W7-X这样的核聚变反应堆,采用的是两种氢的同位素——氘和氚——的原子,这些气体被注入一个密闭室。接着,科学家添加能量,将气体原子的电子移除,生成等离子体。这些等离子体能释放出巨大的能量。在密闭室周围环绕着超导线圈,可以产生强磁场。通过电流的引导,强磁场穿过等离子体,使其远离密闭室的内壁。


反应堆最常见的设计称为托卡马克装置(Tokamak),这是一个类似圆形线圈的中空金属结构。燃料在加热到1.5亿摄氏度以上时,能形成高温等离子体。尽管托卡马克装置能理想地约束这种等离子体,但也暴露出一些安全风险,比如当电流故障时,磁场就会立即崩溃。
这种崩溃会导致磁场力的释放,并足以损坏反应堆。在发表于《科学》(Science)杂志的深度报告中,马克斯·普朗克研究所的科学家称,W7-X装置是一个更加实用的选择,可以克服托卡马克装置存在的安全问题。


▲“文德尔施泰因7-X”装置内并联环路的电子束,显示出沿着磁场线的轨迹。


▲工作人员正在制作“文德尔施泰因7-X”的一个内部组件。


美国威斯康辛大学的工程师大卫·安德森(David Anderson)说:“托卡马克装置的使用者正在期待会发生什么,W7-X令全世界感到振奋。”在托卡马克装置中,有两组磁场用于约束等离子体,一组环绕在密闭室之外,一组位于密闭室内部,可以引导穿过等离子体的电流。这种设计使密闭室内部的磁场强于外部,等离子体有可能移动到密闭室壁上,导致磁场崩溃。


在仿星器里,等离子体被约束在外部的磁线圈内,这些磁线圈能在真空的密闭室内产生扭转的磁场线,从而使等离子体一直远离密闭室壁。W7-X装置的关键部件是一个50圈的超导磁线圈,高度大约为3.5米。该装置总共有16米宽。


1951年,在普林斯顿大学工作的莱曼·斯皮策(Lyman Spitzer)首次提出了仿星器的概念。然而,由于当时材料的限制,这一想法被认为太过超前。现在,利用超级计算机和新的材料,科学家最终将斯皮策的理想变成了现实。



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