在 2022 年 9 月 7 日發(fā)表于《自然》雜志上的一篇文章中，韓國首爾國立大學(xué)的 Yong-Su Na 團(tuán)隊，詳細(xì)介紹了他們是如何讓核聚變反應(yīng)堆維持 30 秒的 1 億攝氏度極端高溫的。雖然當(dāng)前實驗裝置的規(guī)模相對有限，但不斷刷新的研究成果，正在讓我們逐漸接近未來可用的商業(yè)聚變反應(yīng)堆。

學(xué)界普遍推測，商用核聚變還要數(shù)十年才能走向現(xiàn)實。但在此期間，我們在理解和結(jié)果方面的漸進(jìn)式進(jìn)展也在不斷涌現(xiàn)。

比如 2021 年進(jìn)行的一項實驗，就已經(jīng)實現(xiàn)了能量輸入與輸出的自維持，現(xiàn)研究團(tuán)隊正在制定商業(yè)反應(yīng)堆的概念設(shè)計。與此同時，法國大型 ITER 實驗性聚變反應(yīng)堆的工作也在有條不紊的推進(jìn)中。

據(jù)悉，對等離子體的控制，是聚變反應(yīng)堆研究中的一個難點。若接觸到器壁，等離子體就會迅速冷卻、抑制反應(yīng)、并對容納它的腔室造成重大損害。

研究人員通常使用各種形式的磁場來控制等離子體，比如借助 ETB 邊緣傳輸屏障。它能夠在反應(yīng)器壁附近形成壓力急劇截止的等離子體，這種狀態(tài)可阻止熱量和等離子體的逸出。

其次是 ITB 內(nèi)部傳輸屏障，該方案可在靠近等離子體中心的地方產(chǎn)生更高的壓力 —— 但兩者都難以避免不穩(wěn)定的問題。

好消息是，Yong-Su Na 團(tuán)隊在韓國超導(dǎo)托卡馬克高級研究(KSTAR)的實驗裝置上，成功運(yùn)用了改進(jìn)后的 ITB 技術(shù)。

通過實現(xiàn)低得多的等離子體密度，他們的方案似乎提高了等離子體的核心溫度、并降低了邊緣的溫度，因而有望延長聚變反應(yīng)堆的組件壽命。

倫敦帝國理工學(xué)院的 Dominic Power 表示，為增加反應(yīng)堆的能量輸出，你可以讓等離子體變得極熱、致密、或增加限制時間。

不過這支韓國研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，密度限制實際上比傳統(tǒng)的操作模式要低一些，而這不一定是壞事 —— 因為它可以通過核心中更高的溫度來補(bǔ)償，這絕對是一項振奮人心的進(jìn)展。

只是我們對物理學(xué)的理解能否擴(kuò)展到更大的設(shè)備上，目前仍存在著很大的不確定。所以像 ITER 之類的裝置，其體型要比 KSTAR 要大得多。

Yong-Su Na 補(bǔ)充道，低密度是這項研究的一個關(guān)鍵。而等離子體核心的“快速”(或更高能的)離子 —— 即所謂的快速離子調(diào)節(jié)增強(qiáng)(FIRE)—— 則是維持反應(yīng)器穩(wěn)定性不可或缺的一部分。

目前該團(tuán)隊尚未完全了解其中涉及的機(jī)制，且由于硬件的限制，反應(yīng)會在 30 秒后停止。展望未來，KSTAR 有望達(dá)成更耀眼的成就。

現(xiàn)在 KSTAR 正在停機(jī)升級，通過將反應(yīng)器壁上的碳成分換為鎢，Yong-Su Na 表示此舉將提升實驗的可重復(fù)性。

最后，英國曼徹斯特大學(xué)的 Lee Margetts 表示：

聚變反應(yīng)堆的物理特性正在逐漸深入人心，但在建造一座切實可行的聚變反應(yīng)電廠之前，仍需克服一些技術(shù)障礙。

其中包括如何從中提取熱量，并用它來產(chǎn)生電流的方法。顯然到了這一步，研究的重點將更側(cè)重于工程學(xué)、而不是物理學(xué)。