建設背景
電漿約束技術是受控核聚變的一個核心課題,仿星器藉助外導體的電流等產生的磁場約束電漿,優點是能夠連續穩定運行,是目前較有希望的受控核聚變裝置類型之一。
核聚變是解決能源問題的主要選擇之一。核聚變反應所需的氚和氘在自然界中廣泛存在,1公斤核聚變原料產生的電能等同於1.1萬噸煤產生的電能。核聚變反應堆比目前核電站的核裂變反應堆產生的核廢料更少,放射性也會在短期內消失。“螺旋石7-X”等仿星器設計方案被認為是未來核電站反應堆的發展方向。
研究歷程
螺旋石7-X是由馬克斯-普朗克協會下屬等離子物理研究所承建,位於德國北部城市格賴夫斯瓦爾德。
螺旋石7-X項目在20世紀末期就開始籌劃,組裝階段於2005年4月開始。該項目成本約為10億歐元,其中德國聯邦政府承擔大約七成費用,此外還獲得歐洲多家科研機構和企業的支持。
2014年5月結束組裝,進入運行準備階段。
2015年12月開始運行,並首次製造出氦電漿。
工作原理
仿星器就是對恆星的模仿,實際上是一種核聚變反應研究設備。按照設計,仿星器通過模仿恆星內部持續不斷的核聚變反應,將等離子態的氫同位素氚和氘約束起來,並加熱至1億攝氏度的高溫,發生核聚變以獲得持續不斷的能量。
技術特點
馬克斯·普朗克研究所同時擁有兩種不同類型的核聚變研究裝置。與目前常用的以環形封閉磁場約束電漿、實現受控核聚變的“托克馬克”方式相比,“螺旋石7-X”不但安全性更高,其最大特點是一次運行可以連續約束超高溫電漿長達30分鐘,而“托克馬克”方式的這一約束時間最高紀錄僅為6分30秒。
實現對超高溫電漿的長時間約束是反應堆設計領域的“聖杯”,這意味著控制核聚變的進程,也就是說可以控制核聚變的開始和停止,並隨時對反應速度進行調控。
運行過程
2015年12月,研究人員向“螺旋石7-X”內部的電漿容器中注入大約一毫克氦氣,並打開微波加熱裝置,氦電漿隨之產生。雖然“螺旋石7-X”首次製造出的氦電漿僅存在十分之一秒,研究人員對這一結果依然十分滿意,表示“一切都在按計畫進行”。