仿星器 能源危机终结者：德国开启全球最大“仿星器”核聚变反应堆

60多年来，科学家们一直梦想着掌握如太阳般制造能量的技术，获得永不枯竭的清洁廉价能源形式：核聚变。直到今天，这一愿景仍似近实远。但德国马克斯·普朗克研究所近日开启的世界最大核聚变研究设备仿星器，有望加速核聚变时代的到来。

所谓的恒星模仿器，顾名思义就是对恒星的模仿，其实就是核聚变反应装置。恒星模拟器通过模拟恒星内部的连续核聚变反应，将等离子态的氢同位素氚和氘结合，加热到1亿摄氏度的高温，从而发生核聚变，获得连续的能量。

世界上最大的恒星模拟器Wendelstein 7-X位于德国Greifswald的一个大型实验室中。研究人员表示，该装置的设计最终将使核聚变能源成为现实。

马克斯·普朗克研究所下属的等离子体物理研究所10日宣布，用于研究核聚变反应的世界最大仿星器“Wendelstein 7-X”当天开始运行，并首次制造出氦等离子体。“W7-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。

这个可控核聚变装置由马克斯·普朗克等离子体物理研究所建造，位于德国东北部城市格雷夫斯瓦尔德，项目投资10亿欧元。目前已投资约3.7亿欧元。经过9年的建设和100多万工时的组装，这一大型装置的主要组装工作于2014年4月完成。随后，研究人员开始逐一准备和测试所有技术系统。

温德尔斯坦7-X装置中平行回路中的电子束显示了沿磁场线的轨迹。

工作人员正在制作温德尔斯坦7-X的内部组件。

12月10日当天，研究人员向“W7-X”内部的等离子体容器中注入大约一毫克氦气，并打开微波加热装置，氦等离子体随之产生。虽然“W7-X”首次制造出的氦等离子体放电仅持续十分之一秒，温度达到了1000000摄氏度，但研究人员对这一结果依然十分满意，表示“一切都在按计划进行”。对科学家们而言，下一个任务是延长等离子体的放电时间，并研究使用微波产生和加热氦等离子体的最好方法。

“我们开始用惰性气体氦制造等离子体，明年我们将转向真正的研究对象——氢等离子体，”项目负责人托马斯·克林格说。“因为更容易把氦气变成等离子体，我们还可以用氦气等离子体清洗容器表面。”

温德尔斯坦7-X装置的关键部件是一个50匝超导磁线圈，高度约为3.5米。该设备的总宽度为16米。

可控核聚变一直被视为人类彻底解决能源危机的终极模式。核聚变反应所需的氚和氘在自然界中广泛存在，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。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。

相比之下，核聚变反应堆最常见的设计叫做托卡马克装置。这个环形装置是一个带有圆形线圈的中等空金属结构。目前，全世界有36个以上的托卡马克在运行，历史上已经建造了200多个。当燃料被加热到超过1.5亿摄氏度时，就会形成高温等离子体。

第一次测试中系统的图像显示了荧光分支闭合的过程，这使得嵌套的磁场表面可见。

多年来，由于用来产生等离子体的磁线圈装置优于目前正在运行的仿星器，托卡马克装置中一直被视为最具前景的“人造太阳”方式。同时，该类装置也更易建成、能更理想地约束等离子体。但不容忽视的是，托卡马克装置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。

这种坍塌会导致磁力释放，足以损坏反应堆。在《科学》杂志发表的一篇深度报道中，来自马克斯·普朗克研究所的科学家表示，“W7-X”装置是一种更实用的选择，可以克服托卡马克装置的安全问题。

与托卡马克相比，“W7-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，而托卡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是反应堆设计领域的“圣杯”，这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“W7-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。