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75年來，實(shí)用核聚變反應(yīng)堆的承諾一直令人沮喪地遙不可及，幾十年來，一個(gè)核聚變反應(yīng)堆的承諾似乎只是幾十年后的事情。然而，這種反應(yīng)堆技術(shù)的意義及其為人類提供幾乎無限的廉價(jià)、清潔能源的能力，是一個(gè)“改變游戲規(guī)則”的因素，因此科學(xué)家和工程師們繼續(xù)追求它。

核聚變的原理相對(duì)簡(jiǎn)單。只要把氫原子放在太陽(yáng)內(nèi)部的那種熱量和壓力下，足夠長(zhǎng)的時(shí)間讓它們?nèi)诤显谝黄穑纬筛氐脑樱谶@個(gè)過程中它們會(huì)釋放出巨大的能量。

不幸的是，這是一個(gè)典型的例子，就像小提琴一樣，在理論上很容易演奏，但在實(shí)踐中卻難以置信地難以做到。簡(jiǎn)單地說，讓三個(gè)主要因素（熱、壓力和時(shí)間）達(dá)到平衡以產(chǎn)生核聚變并不難。事實(shí)上，在1964年的紐約世界博覽會(huì)期間，舉辦了一個(gè)展覽，公眾可以觀看一個(gè)臺(tái)式核聚變反應(yīng)堆在幾分之一秒內(nèi)的實(shí)時(shí)運(yùn)行。從那時(shí)起，困難的部分是想出一個(gè)反應(yīng)器，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生實(shí)際數(shù)量的能量，而且其數(shù)量要大于為啟動(dòng)反應(yīng)而必須投入的能量。

其中最有前景的是托卡馬克反應(yīng)堆，它最早于20世紀(jì)50年代在蘇聯(lián)開發(fā)。其基本設(shè)計(jì)是一個(gè)空心環(huán)，周圍有線圈，在里面建立了一個(gè)磁場(chǎng)。該環(huán)包含一個(gè)真空，氫原子被引入其中。當(dāng)原子加熱到數(shù)百萬度時(shí)，磁場(chǎng)會(huì)約束和擠壓它們，剝奪它們的電子并在它們圍繞環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)將它們變成等離子體。當(dāng)條件合適時(shí)，核聚變就會(huì)發(fā)生。

在過去70年里建造的大多數(shù)托卡馬克反應(yīng)堆都是政府資助的研究反應(yīng)堆，它們集中于學(xué)習(xí)更多關(guān)于氫等離子體的行為和建造一個(gè)實(shí)用反應(yīng)堆將遇到的問題。這意味著這些托卡馬克往往是非常大和昂貴的，并引導(dǎo)如此巨大的能量。

在天平的另一端是私人資助的反應(yīng)堆，如托卡馬克能源公司的ST40球形托卡馬克。雖然政府反應(yīng)堆已經(jīng)達(dá)到了1億攝氏度大關(guān)，但用一個(gè)更小的商業(yè)反應(yīng)堆做到這一點(diǎn)，成本只有5000萬英鎊，并得到外部觀察員的確認(rèn)，這是一個(gè)相當(dāng)大的成就。

據(jù)該公司稱，ST40的目的是專注于聚變能源的商業(yè)應(yīng)用。具體而言，使反應(yīng)堆在經(jīng)濟(jì)上可行。出于這個(gè)原因，ST40是一個(gè)球形托卡馬克。

傳統(tǒng)的托卡馬克有大的環(huán)形室，而球形反應(yīng)堆要緊湊得多，并且用在室中央以柱子形式相遇的磁鐵取代了所有環(huán)繞的磁鐵。這給了反應(yīng)堆一個(gè)扁圓形的形狀，就像一個(gè)蘋果。這允許磁鐵更接近等離子體流，因此磁鐵更小，使用更少的功率，但產(chǎn)生更強(qiáng)烈的場(chǎng)。

此外，ST40使用高溫超導(dǎo)磁體，該磁體由稀土氧化鋇銅制成，形成厚度小于0.1毫米的窄帶。這些“高溫”磁鐵的工作溫度在零下250℃至零下200℃之間，或大約是液氮的溫度。這使得保持反應(yīng)堆磁鐵的溫度比依靠液態(tài)氦的磁鐵要便宜得多。

這種設(shè)置使得反應(yīng)堆更小、更簡(jiǎn)單，在支持聚變反應(yīng)的條件下，等離子體保持得更穩(wěn)定。然而，與傳統(tǒng)的托卡馬克相比，該反應(yīng)器的整體壓力較小，而且中央支柱容易受到等離子體的腐化，需要定期更換。

該公司現(xiàn)在正在研究一個(gè)更先進(jìn)的反應(yīng)堆，即ST-HTS，該反應(yīng)堆將在幾年內(nèi)投入使用，并有望在2030年代為設(shè)計(jì)第一個(gè)真正的商業(yè)工廠提供信息。

托卡馬克能源公司首席執(zhí)行官Chris Kelsall說：“我們對(duì)取得這一突破感到自豪，這使我們離為世界提供一種新的、安全的和無碳的能源更近了一步。當(dāng)與高溫超導(dǎo)磁體相結(jié)合時(shí)，球形托卡馬克代表了實(shí)現(xiàn)清潔和低成本商業(yè)聚變能源的最佳途徑。我們的下一個(gè)裝置將首次結(jié)合這兩項(xiàng)世界領(lǐng)先的技術(shù)，是我們以緊湊型核聚變模塊提供低成本能源的使命的核心。”

關(guān)鍵詞：托卡馬克等離子體這是一個(gè)