德国科学家在核聚变领域取得“重大突破”，打破纪录！

德国的文德尔施泰因7-X（Wendelstein 7-X）仿星器为聚变反应堆树立了新的标杆，将商业化、近乎无限的清洁能源向现实又推进了一步。

位于德国格赖夫斯瓦尔德的马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）的文德尔施泰因7-X仿星器最近完成的一项实验活动，打破了先前的聚变纪录，并为反应堆性能设立了新标准。

核聚变提供了近乎无限清洁能源的诱人前景。通过在极高的温度下将氢的同位素（或其不同形态）猛烈撞击在一起，产生的过热电子和离子等离子体会融合成更重的原子，在此过程中释放出巨大的能量。

然而，尽管这种聚变反应在恒星内部极高的温度和压力下可以自我维持，但在地球上重现这些条件是一项巨大的技术挑战 —— 目前的各种反应堆概念设计消耗的能量仍然大于其产生的能量。

仿星器是最有前途的反应堆设计之一，其命名源于它模拟太阳内部的反应。它们使用强大的外部磁体在环形真空室内控制高能等离子体并维持稳定、高压的状态。与更简单的托卡马克反应堆（托卡马克通过等离子体通入强电流来产生所需磁场）不同，仿星器的外部磁体在聚变反应过程中能更好地稳定等离子体。这一特性在将该技术转化为商业发电厂时至关重要。

在最近的实验中，W7-X仿星器的表现超过了日本已退役的JT60U托卡马克反应堆和英国的JET托卡马克反应堆先前设定的基准，特别是在等离子体维持时间方面。

最值得注意的是，国际研究团队宣布该反应堆达到了创纪录的新高“三重积” —— 这是衡量聚变发电机成功与否的一个关键指标。三重积结合了等离子体中的粒子密度、粒子聚变所需的温度以及能量约束时间（衡量系统保持热能能力的指标）。一个被称为劳森判据的最低值标志着反应产生的能量超过其消耗的能量并变得自我维持的临界点。因此，更高的三重积意味着更高效的反应。

“这一新纪录是国际团队取得的巨大成就，”文德尔施泰因7-X项目负责人、IPP仿星器动力学与输运部门主管托马斯·克林格在一份声明中表示。“在长时间的等离子体脉冲期间将三重积提升至托卡马克的水平，标志着我们在通往具备发电厂能力的仿星器道路上又迈出了重要一步。”

实现这一最新里程碑的关键是开发了一种新型燃料丸注入器，它将反应堆的连续燃料补充与脉冲加热相结合，以维持所需的等离子体温度。在43秒内，以高达每秒2600英尺（800米，堪比子弹的速度）向等离子体中注入了90个冷冻氢丸。预设程序的强大微波脉冲加热等离子体，使其峰值温度达到3000万摄氏度。微波脉冲与燃料丸注入之间的这种协调至关重要地延长了等离子体能够稳定维持的时间。

在同一轮实验中，反应堆在六分钟的持续运行中，能量转换率（Energy Turnover）也提高到了1.8吉焦，打破了该反应堆在2023年2月创下的1.3吉焦的纪录。能量转换率是聚变反应堆加热功率和等离子体持续时间的综合体现，表明反应堆维持高能等离子体的能力。因此，它是未来发电厂运行的另一个关键参数。这一新数值甚至超过了中国今年早些时候由先进实验超导托卡马克（EAST）创造的纪录，进一步证明了仿星器的潜力。

“本轮实验的纪录远不仅仅是数字，”IPP仿星器加热与优化部门主管罗伯特·沃尔夫在声明中总结道。“它们标志着在验证仿星器概念方面取得了重大进展 —— 这是通过卓越的国际合作才得以实现的。”

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