什么是磁约束聚变(Magnetic Confinement Fusion)？

磁约束聚变是核聚变的一种方法，它将等离子体（电离气体）悬浮在磁场中，并将其温度和压力提高到很高的水平。核聚变是一种由轻原子核（氢、氘、氚、，或者说氦，在极高的温度和压力下融合在一起。太阳所有的光和热都来自其核心正在进行的核聚变反应。正是通过这些，太阳才得以存在——聚变反应的外部压力平衡了引力坍缩的趋势。聚变的介质必须是非常热的，它必须通过强大的磁场或惯性容器与周围的物质隔离开来。尽管人类已经利用裂变能——分解重核——来制造核动力，但成功的聚变能力仍然无法实现。到目前为止，每一次核聚变的尝试都会消耗比产生更多的能量。磁约束聚变是核聚变的两种流行方法之一，另一种是惯性约束聚变，这包括用高功率激光轰击燃料球。目前每一条路径都有一个耗资数十亿美元的项目——美国的国家点火设施正在进行惯性约束聚变，国际热核实验反应堆是一个国际项目，研究人员仍然无法获得成功的聚变能力。磁约束聚变实验始于1951年，当时物理学家和天文学家莱曼·斯皮策建造了这台加速器，八字形等离子体约束装置1968年，俄罗斯科学家向公众展示了托卡马克的设计，这是一个环形结构，这将是未来大多数磁约束聚变装置的设计方案。1991年，英国建造的START（小窄展弦比托卡马克）又向前迈进了一步，这是一个球体，或者是球形托卡马克。测试表明，这种装置在引发聚变反应方面比大多数托卡马克好三倍左右，而球形托卡马克仍然是聚变研究的一个持续研究领域。为了使聚变反应有效，托卡马克反应堆的中心必须加热到1亿开尔文左右的温度。在如此高的温度下，这些粒子拥有巨大的动能，并不断试图逃逸。一项聚变研究将磁约束聚变的挑战与挤压气球的挑战相比较——如果你用力按压一侧，在磁约束聚变中，这种"爆发"导致高温粒子与反应堆壁相撞，在一种称为"溅射"的过程中刮掉金属碎片。这些粒子吸收能量，降低受限等离子体的总温度，使达到合适的温度变得困难。如果聚变能得以掌握，它可能成为人类无可比拟的能源，但即使是最乐观的研究人员也不希望在2030年前实现商业化发电。