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在一個(gè)正在努力戒掉對石化燃料的上癮、并且滿足日益成長的能源需求的世界中，有一種技術(shù)在發(fā)展中，幾乎聽起來太好以至于不能成真，那就是核融合(nuclear fusion)。
如果做得到的話，核融合動(dòng)力會(huì)以接近無限的燃料來源，來提供非常大量的干凈能源，以及差不多是零碳排放;那是如果做得到的話。不過世界上有一些研究團(tuán)隊(duì)花上數(shù)十億美元，來確保可以做到核融合。
去年2月，文德爾施泰因7-X (Wendelstein 7-X)設(shè)備正式啟用，開始了核融合能源研究的新單元。
這是在德國格賴夫斯瓦爾德市(Greifswald)建造的一座價(jià)值10億歐元(14億澳幣，10.6億美元)的實(shí)驗(yàn)性核融合反應(yīng)爐，用來測試一個(gè)名為仿星器(stellarator)的反應(yīng)爐設(shè)計(jì)。
計(jì)劃到2021年左右，將能夠持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)30分鐘;對核融合反應(yīng)爐來說，這是一項(xiàng)紀(jì)錄。這是展示未來核融合發(fā)電廠基本特點(diǎn)的重要一步：連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
但是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐不是唯一的反應(yīng)爐。法國南部正在建造一座國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐(ITER)，是價(jià)值200億美元(267億澳幣)的實(shí)驗(yàn)性核融合反應(yīng)爐，使用一種名為叫做托卡馬克(tokamak)的不同設(shè)計(jì)。
然而，即使文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐和國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐采用不同的設(shè)計(jì)，這兩項(xiàng)計(jì)劃是互補(bǔ)的，而且在一座反應(yīng)爐的創(chuàng)新，很可能轉(zhuǎn)移成最終運(yùn)轉(zhuǎn)的核融合發(fā)電廠。
核融合能源試圖復(fù)制為太陽提供動(dòng)力的反應(yīng)。在太陽里的兩個(gè)非常輕的原子，例如氫或氦，融合在一起。
所得到的融合原子最終比原來的兩個(gè)原子稍微輕一點(diǎn)，而根據(jù)愛因斯坦公式E = mc2，質(zhì)量差被轉(zhuǎn)換為能量。
困難之處在于激發(fā)兩個(gè)原子融合時(shí)，需要加熱到攝氏幾百萬度。
含有這種過熱燃料是不容易的，因此，它被轉(zhuǎn)變成熱離子氣體，電漿。電漿可以被包含在磁場內(nèi)，所以不會(huì)真的接觸到內(nèi)部的反應(yīng)爐。
仿星器設(shè)計(jì)是造成文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐特別有趣的原因。它有一個(gè)嵌入在磁瓶內(nèi)的真空室，由一個(gè)70個(gè)超導(dǎo)磁線圈的系統(tǒng)所組成。這些超導(dǎo)磁線圈產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場來約束熱電漿。
仿星器和托卡馬克是作為調(diào)查核融合動(dòng)力的兩種超環(huán)面(甜甜圈形狀)的磁約束裝置。
在這些實(shí)驗(yàn)中，強(qiáng)大的超環(huán)面(或環(huán)狀)磁場產(chǎn)生磁瓶，來約束電漿。
然而，為了使電漿在甜甜圈形狀的真空室中有很好的約束，磁場需要有一個(gè)轉(zhuǎn)折。在托卡馬克反應(yīng)爐里，例如國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐，電漿中的大電流產(chǎn)生所需要的轉(zhuǎn)折路徑。
然而，大電流可以迫使'轉(zhuǎn)折點(diǎn)(kink)'不穩(wěn)定性，能夠造成電漿變得支離破碎。
如果電漿是支離破碎的話，反應(yīng)爐需要充滿氣體來熄滅電漿，并防止破壞實(shí)驗(yàn)。
在仿星器中，磁場中的轉(zhuǎn)折是藉由扭轉(zhuǎn)整座機(jī)器本身來產(chǎn)生。這會(huì)移除大的超環(huán)面電流，并且使得電漿從本質(zhì)上更穩(wěn)定。
在磁線圈的工程復(fù)雜性和降低的約束所產(chǎn)生的費(fèi)用，意味著電漿不太容易被包含在磁泡(magnetic bubble)內(nèi)。
盡管文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐和國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐采用不同的方式，大部分的底層技術(shù)是相同的。
它們都是超環(huán)面超導(dǎo)機(jī)器，而且都使用外部加熱系統(tǒng)，例如無線電頻率和中性粒子束注入來加熱電漿，并且很多的電漿診斷技術(shù)是共同的。
在發(fā)電廠，氫的重同位素(氘和氚)融合形成了氦，并伴隨著一個(gè)精力充沛的中子。
雖然氦被包含在電漿內(nèi)，但是中子具有中性電荷，并且射進(jìn)圍繞電漿的'毯子(blanket)'里。這會(huì)加熱毯子，結(jié)果驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電力的蒸汽渦輪機(jī)。
橫跨核融合功率的一個(gè)共同特點(diǎn)是，需要開發(fā)出能夠承受由核融合反應(yīng)所產(chǎn)生的高熱和快速中子的材料。
不管設(shè)計(jì)如何，核融合反應(yīng)爐的第一道墻是必須在整個(gè)壽命期間，承受來自高能粒子的大量轟擊。
在這個(gè)階段，還太早來說國際熱核融合實(shí)驗(yàn)反應(yīng)爐使用的托卡馬克設(shè)計(jì)，或是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐使用的仿星器，哪一個(gè)更適合于商業(yè)用的核融合發(fā)電廠。
但是文德爾施泰因7-X反應(yīng)爐研究運(yùn)作的開始不僅有助于決定哪種技術(shù)可能是最好的追求，而且會(huì)為任何未來的核融合實(shí)驗(yàn)，貢獻(xiàn)出寶貴的知識(shí)，而且或許有一天成為真正的能量革命。