科学探索|Wendelstein 7-X核聚变装置概念证明了其效率 Wendelstein|7-X核聚变装置概念证

位于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Wendelstein 7-X核聚变装置所依据的最重要的优化目标之一现在已经得到证实。IPP的科学家在《自然》杂志上的一项分析表明。在优化后的磁场笼中，等离子体的能量损失以理想的方式减少。Wendelstein 7-X旨在证明早期恒星仪的缺点是可以克服的，而且恒星仪类型的设备适用于核能发电厂。
【科学探索|Wendelstein 7-X核聚变装置概念证明了其效率】

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经过优化的Wendelstein 7-X恒星仪在五年前投入运行，旨在证明恒星仪型核聚变装置适用于核能发电厂。将热等离子体包围起来并使其远离容器壁的磁场，是通过巨大的理论和计算努力来规划以避免早期恒星仪的缺点。最重要的目标之一是减少等离子体的能量损失，这是由磁场的波纹引起的。这是造成等离子体粒子向外漂移并丢失的原因，尽管它们被绑定在磁场线上。
与竞争中的托卡马克型设备不同，这种所谓的"新古典"能量和粒子损失不是一个主要问题，但它是传统恒星仪的一个严重弱点。它导致损失随着等离子体温度的上升而大大增加，以至于在此基础上设计的发电厂将非常大，因此非常昂贵。
另一方面，在托卡马克中，由于其对称的形状 - 磁场波纹造成的损失很小。在这里，能量损失主要是由等离子体中的小涡旋运动和湍流决定的，这也是恒星仪中的一个损失渠道。因此，为了赶上托卡马克的良好约束特性，降低新古典主义损失是恒星仪优化的一项重要任务。因此，Wendelstein 7-X的磁场被设计为使这些损失最小化。
在对Wendelstein 7-X的实验结果的详细分析中，由IPP恒星仪理论部的Craig Beidler博士领导的科学家们现在已经研究了这种优化是否导致了预期的效果（文献资料 DOI 10.1038/s41586-021-03687-w）。利用迄今可用的加热装置，Wendelstein 7-X已经能够产生高温等离子体，并创造了高温下"聚变产物"的恒星仪世界纪录。这个温度、等离子体密度和能量封闭时间的乘积表明有多接近燃烧等离子体的数值。
科学家现在已经对这样一个记录的等离子体进行了详细分析。在高等离子体温度和低湍流损失的情况下，能量平衡中的损失程度在这里可以被很好地检测出来：它们占到了加热功率的30%，是能量平衡的相当一部分。
现在，一个思想实验可以显示Wendelstein 7-X的能量优化的效果。假设导致Wendelstein 7-X创纪录结果的相同等离子体值和轮廓在磁场优化不到位的工厂中也能实现。然后再计算出这种条件下预期的能量损失，结果很明显：它们将大于输入的加热功率，这在物理上是不可能的。这表明，在Wendelstein 7-X中观察到的等离子体轮廓只有在损耗较低的磁场中才是可以想象的。反过来说，这证明优化Wendelstein磁场成功地降低了损耗。
然而，到目前为止，等离子体放电的时间还很短。为了测试Wendelstein概念在连续运行中的性能，目前正在安装一个水冷壁覆层。通过这样的装备，研究人员将逐步达到30分钟长的等离子体。然后，将有可能检查Wendelstein 7-X是否也能在连续运行中实现其优化目标。