微型太阳提供无尽能源

美国科学家正在开发一种类似于太阳上发生的反应的聚变发电厂，能够提供无尽的能源。

聚变反应堆测试设施概览。图片：普林斯顿等离子体物理实验室。

据《自然世界》报道，美国普林斯顿等离子体能源实验室（PPPL）的物理学家们在实验中创造了一个“微型太阳”，它能够为人类提供清洁、安全且几乎取之不尽的能源，从而结束对化石燃料的依赖。

该实验装置采用整体式球形托卡马克装置。托卡马克装置用于在等离子体环境中产生受控聚变反应。据Eurek Alert报道，目前全球仅有两台此类装置，分别是位于PPPL的国家球形环面实验升级装置（NSTX-U）和位于英国卡勒姆聚变能研究中心的兆安球形托卡马克装置（MAST）。

目前的核电站采用核裂变发电，即通过核裂变产生能量。虽然效率很高，但这种反应成本高昂，而且危险，因为它会产生放射性废物作为副产品。

相比之下，聚变反应通过原子核结合产生能量，因此更安全，并且不会产生放射性废物。然而，这种反应需要比太阳更高的温度。这就是为什么要使用球形托卡马克装置。托卡马克装置可以在极高的压力和温度下产生等离子体（物质的第四种状态），从而能够在相对较低的磁场下引发聚变反应，而且成本低廉。

该装置分为三个步骤。首先，使用过热氢气（约1.5亿摄氏度）在实验室里

接下来，增加压力以压缩等离子体并迫使原子核碰撞，从而产生聚变反应。这一过程利用了超导线圈产生的强磁场。科学家希望反应产生的热量足以维持自身运转，并将其中一部分转化为电能。

传统的托卡马克装置外形笨重，呈甜甜圈状，而球形托卡马克装置则更为紧凑，外形酷似苹果核。托卡马克聚变反应堆或将为聚变能铺平道路。

“我们正在为未来的发电厂开辟新的选择，”该研究的主要作者、PPPL NSTX-U 升级项目主任乔纳森·梅纳德 (Jonathan Menard) 表示。

然而，仍存在许多挑战，例如等离子体引入磁场时湍流增强、反应堆内等离子体密度过高时反应中断，以及与反应堆壁相互作用产生的杂质。PPPL、卡勒姆以及世界各地的研究人员必须找到应对未来反应堆挑战的方法。

据VNE报道