大型聚變實驗剛剛實現了備受期待的「第一個等離子體」

經過長達7年的研製，英國的一個實驗性聚變反應堆已經成功啟動，實現了「首次等離子體」:證實其所有組件可以協同工作，將氫氣加熱成等離子體。

上周，牛津郡Culham的一臺名為MAST Upgrade的機器完成了這一轉變，它是正在運轉的核聚變反應堆的基本組成部分，這是科學家們幾十年來一直試圖實現的夢想。

在核聚變中，兩個或兩個以上較輕的元素的原子核融合成一個較重的原子核，並釋放能量。這種現象發生在太陽的中心，如果我們能在地球上以足夠的規模重現和維持同樣的反應，我們就能收穫清潔、幾乎無限的低碳能源的回報。

並不是說我們已經到達了那裡，但是桅杆升級的成功完成和第一次試運行是旅程中一個重要的裡程碑。最初的桅杆(Mega Amp球形託卡馬克)設施從1999年到2013年運行，它的繼任者一直在工作，所以它是一個重要的概念證明。

英國科學部長阿曼達·索洛韋在一份聲明中說:「我們希望英國成為核聚變能源的世界領導者，並充分利用核聚變作為一種可持續數百年的清潔能源的驚人潛力。」

「為桅杆升級設備供電是這個國家核聚變實驗的裡程碑時刻，使我們向2040年建成英國第一個核聚變發電廠的目標又邁進了一步。」

聚變反應堆需要某種裝置來控制等離子體中發生的反應。託卡馬克是這種裝置的主要設計之一，它是一種圓形裝置，利用磁場來容納聚變反應產生的等離子體。

很長一段時間以來，託卡馬克採用的是一個甜甜圈形狀的配置，但較新的設備，如桅杆升級是一個更先進的球形託卡馬克設計的例子，預計將提供大量的效益在效率和性能。

由隸屬於英國原子能管理局(UKAEA)的Culham聚變能源中心(CCFE)運營的桅杆升級也將需要所有這些優勢。現在，核聚變實驗已經開始運行，在未來幾年裡，它將面臨一些相當大的挑戰。

首先，最重要的是散熱。核聚變反應堆會產生大量熱量，這些熱量會破壞反應堆的組件。為了解決這個問題，桅杆升級將測試一種名為「超級x分流器」的新型排氣系統，該系統旨在減少等離子體微粒產生的熱量和功率負荷。

如果分流器成功，它可以提供10倍的熱量減少比目前可能的，這可能足以使聚變反應堆成為未來電廠的一項成本效益高的技術。

這是一個很大的假設，但是關於核聚變反應堆的一切都是很大的，而桅杆升級——儘管是一個花費7年時間建造的巨大項目——只是整個謎題的一小部分。

這個裝置實際上是一個更大的項目的試運行，用於能源生產的球形託卡馬克(STEP)，它將是英國第一個原型核聚變發電廠，預計在2040年完成。

與此同時，研究人員從桅杆升級中學到的東西也將為另一項大規模的冒險提供信息:世界上最大的核聚變實驗，即國際熱核實驗反應堆(ITER)。

ITER目前正在法國南部集結，來自30多個國家的數千名科學家參與其中。這項計劃已經進行了數年，並且比計劃晚了5年，但是當項目完成時(估計花費650億美元)，ITER將是我們最好的機會來證明核聚變產生的能量可以通過人類的雙手來利用。

我們可能還需要數年時間才能發現，但桅杆的升級是我們向前邁出的一大步。

「ITER是下一代的核聚變裝置，」CCFE的物理學家安德魯·桑頓解釋道。

「桅杆升級將通過提供我們在這裡做的實驗數據來支持它，從而指導未來如何運行這臺機器。」