近日据《新科学家》消息，核聚变反应已经克服了在发电最理想状态下运行所面临的两大挑战：提升等离子体的密度以及维持更高密度的等离子体。虽然商业化的核反应堆可能还需数年开发，但这项成就代表了朝向利用聚变能的又一重要进步。
聚变能实现的关键途径之一是应用托卡马克反应堆。这种设备内部有一个环形的腔体，其中包含的等离子体温度甚至超过太阳表面，由强大的磁铁控制。
此前，科学界认为有一种极限——即所谓的格林沃尔德极限，认为超过此极限，等离子体的密度将无法进一步提升，否则等离子体将会逸出磁场控制，造成反应堆损坏。但是，提高密度对于增加输出至关重要，因为研究显示，托卡马克反应堆的输出与燃料密度的平方成正比。
通用原子公司的Siye Ding及其团队已经找到了提升等离子体密度的方法，并证明其可以在稳定状态下运行。通过在DIII-D国家聚变设施的托卡马克反应堆中操作，他们达到了平均密度比格林沃尔德极限高出20%的记录，并且维持了2.2秒。此前尽管已经有过突破这一极限的案例，但稳定性和持续时间都不理想。关键在于他们还实现了一个高于1的称为H98(y,2)的指标。
英国贝尔法斯特女王大学的Gianluca Sarri表示，H98(y,2)是一个复杂的测量值和数值的组合，用来展示磁场对等离子体的控制程度，数值达到或超过1.0就意味着等离子体已成功稳定。
Sarri指出：“你现在可以看到某种稳定的运行，可以持续保持在最佳状态。”他补充说：“这是在一个小型机器上完成的实验。如果将这些结果应用到更大型的机器上，预计将能够长时间获取到更多的增益和显著的电量输出。”
他提到，DIII-D的实验依赖了多种经典方法的组合，虽然单独看每种方法并非新颖，但组合在一起却显示出前景。团队通过在环形等离子体的核心部分使用更高的密度来增加输出，同时在接近安全壳的边缘让密度降低至格林沃尔德极限以下，从而避免了等离子体逃逸事件。他们还在等离子体中注入了氘气，以稳定特定的响应点。
DIII-D等离子体室的外径只有1.6米，目前尚不清楚这种方法是否适用于法国正在建设中的下一代托卡马克反应堆ITER，其半径预计将达到6.2米，最快将在2025年制造出等离子体。
Sarri评论说，等离子体的行为异常复杂，“即使是微小的条件变化也可能导致行为产生巨大的变化。从实验的角度看，我们更多地是在通过尝试错误的方法，找到最合适的配置。这一切都是为了迫使等离子体做一些与其本质相违背的事情，实际上这是它所不愿意做的。”
Ding认为，这项实验对聚变能的未来是个正面信号。“多数反应堆设计需要同时达到高约束和高密度的状态。从实验的角度来说，这是首次做到，”他说。他提到，“下一步的研究成本非常高，研究方向也多样化。我希望这篇论文能够帮助全球的研究者聚焦力量。”
Sarri表示，这项研究是向着商用聚变发电站迈出的又一步，但他提醒人们不应期望在未来五年甚至十年内看到商业反应堆的问世。
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https://www.newscientist.com/article/2427825-nuclear-fusion-experiment-overcomes-two-key-operating-hurdles/