位於格賴夫斯瓦爾德的馬克斯-普朗克等離子體物理研究所（IPP）的Wendelstein 7-X核聚變裝置所依據的最重要的優化目標之一現在已經得到證實。IPP的科學家在《自然》雜誌上的一項分析表明。在優化後的磁場籠中，等離子體的能量損失以理想的方式減少。Wendelstein 7-X旨在證明早期恆星儀的缺點是可以克服的，而且恆星儀類型的設備適用於核能發電廠。
經過優化的Wendelstein 7-X恆星儀在五年前投入運行，旨在證明恆星儀型核聚變裝置適用於核能發電廠。將熱等離子體包圍起來並使其遠離容器壁的磁場，是通過巨大的理論和計算努力來規劃以避免早期恆星儀的缺點。最重要的目標之一是減少等離子體的能量損失，這是由磁場的波紋引起的。這是造成等離子體粒子向外漂移並丟失的原因，盡管它們被綁定在磁場線上。
與競爭中的托卡馬克型設備不同，這種所謂的”新古典”能量和粒子損失不是一個主要問題，但它是傳統恆星儀的一個嚴重弱點。它導致損失隨著等離子體溫度的上升而大大增加，以至於在此基礎上設計的發電廠將非常大，因此非常昂貴。
另一方面，在托卡馬克中，由於其對稱的形狀 – 磁場波紋造成的損失很小。在這里，能量損失主要是由等離子體中的小渦旋運動和湍流決定的，這也是恆星儀中的一個損失渠道。因此，為了趕上托卡馬克的良好約束特性，降低新古典主義損失是恆星儀優化的一項重要任務。因此，Wendelstein 7-X的磁場被設計為使這些損失最小化。
在對Wendelstein 7-X的實驗結果的詳細分析中，由IPP恆星儀理論部的Craig Beidler博士領導的科學家們現在已經研究了這種優化是否導致了預期的效果（文獻資料 DOI 10.1038/s41586-021-03687-w）。利用迄今可用的加熱裝置，Wendelstein 7-X已經能夠產生高溫等離子體，並創造了高溫下”聚變產物”的恆星儀世界紀錄。這個溫度、等離子體密度和能量封閉時間的乘積表明有多接近燃燒等離子體的數值。
科學家現在已經對這樣一個記錄的等離子體進行了詳細分析。在高等離子體溫度和低湍流損失的情況下，能量平衡中的損失程度在這里可以被很好地檢測出來：它們占到了加熱功率的30%，是能量平衡的相當一部分。
現在，一個思想實驗可以顯示Wendelstein 7-X的能量優化的效果。假設導致Wendelstein 7-X創紀錄結果的相同等離子體值和輪廓在磁場優化不到位的工廠中也能實現。然後再計算出這種條件下預期的能量損失，結果很明顯：它們將大於輸入的加熱功率，這在物理上是不可能的。這表明，在Wendelstein 7-X中觀察到的等離子體輪廓只有在損耗較低的磁場中才是可以想像的。反過來說，這證明優化Wendelstein磁場成功地降低了損耗。
然而，到目前為止，等離子體放電的時間還很短。為了測試Wendelstein概念在連續運行中的性能，目前正在安裝一個水冷壁覆層。通過這樣的裝備，研究人員將逐步達到30分鍾長的等離子體。然後，將有可能檢查Wendelstein 7-X是否也能在連續運行中實現其優化目標。
來源：cnBeta
