KSTAR 圖片來源：韓國能源技術研究院

大多數(shù)科學家認為可行的核聚變反應仍需數(shù)十年的發(fā)展。但關于核聚變的認識和成果都在不斷增加。

現(xiàn)在，韓國首爾國立大學的Yong Su Na和同事，在一個核聚變反應堆中，使核聚變反應在超過1億攝氏度的溫度下穩(wěn)定持續(xù)了30秒。相關研究9月7日發(fā)表于《自然》。

2021年的一項實驗產(chǎn)生了足以自我維持的核聚變反應能量，商業(yè)反應堆概念設計也正在起草當中。與此同時，國際熱核聚變實驗堆計劃(ITER)的工作仍在推進。

在新的研究中，雖然其持續(xù)時間和溫度并未破紀錄，但在達到所需熱量的同時保持穩(wěn)定，使人們離可行的聚變反應堆更近了一步，當然前提是所使用的技術能夠擴大規(guī)模。

在實現(xiàn)上述反應的過程中，對等離子體的控制至關重要。一旦等離子體接觸到反應器壁就會迅速冷卻，在抑制反應的同時損壞腔室。

研究人員通常使用各種形狀的磁場來容納等離子體。有些人使用邊緣傳輸屏障(ETB)，在靠近反應堆壁的地方用壓力塑造出一個“陡坡”，阻止熱量和等離子體逸出。還有人通過內(nèi)部傳輸屏障(ITB)在等離子體中心附近產(chǎn)生更高的壓力。但兩者都會造成反應的不穩(wěn)定。

大多數(shù)方法為了增加反應堆產(chǎn)生的能量，會使等離子體非常熱、致密，或者增加對等離子體的限制時間。而Na團隊在韓國超導托卡馬克核聚變裝置(KSTAR)上使用了改進的ITB技術，實現(xiàn)了更低的等離子體密度。他們的方法似乎提高了核心等離子體溫度，降低了邊緣等離子體溫度，這可能有助于延長反應堆部件的壽命。

Na指出，低密度是關鍵，而等離子體核心的“快速”或能量更高的離子——所謂的快離子調(diào)節(jié)增強(FIRE)，則是維持反應穩(wěn)定性的關鍵。但該團隊還沒有完全厘清其中的機制。

由于硬件的限制，反應在30秒后停止，未來可能維持更長時間。KSTAR現(xiàn)在已經(jīng)關閉進行升級，反應堆壁上的碳將被鎢取代，Na表示這將提高實驗的可重復性。

“Na的團隊發(fā)現(xiàn)，對等離子體的密度限制低一些不一定是件壞事，因為可以被核心更高的溫度所補償。”英國倫敦帝國理工學院的Dominic Power說，但該方法能否適用于規(guī)模更大的設備、項目，如ITER，還存在很大的不確定性。(徐銳)

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05008-1

責任編輯： 李穎