美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的科学家们最近实现了一项重大突破：他们首次使用永磁体进行了聚变实验。这种创新技术不仅能以更低成本构建未来的聚变装置，还允许研究人员测试全新的概念，为未来聚变发电厂的设计提供了更多可能性。
PPPL的研究团队集合了数十年的工程、计算和理论物理专业知识，设计出了一种名为MUSE的新型仿星器。仿星器是一种扭曲的环形装置，用以限制处于带电状态的"第四物质态"等离子体。在太阳和恒星中，正是聚变过程为其提供源源不断的能量，而人类也希望利用这一过程来实现清洁发电。
Tony Qian是发表在《等离子体物理与核聚变》杂志上论文的第一作者，他解释道："使用永磁体是设计仿星器的一种全新方式，这项技术使我们能够快速测试限制等离子体的新想法，并更容易地构建新装置。"
传统的仿星器依赖于形状复杂的电磁体，并需要电流来产生磁场。这些电磁体必须制造得非常精确，不允许有任何偏差，因而成本很高。
相比之下，永磁体就像贴在冰箱门上的那种磁贴，无需电流就能产生磁场。研究人员可以直接从工业供应商处订购这些磁体，然后将其嵌入到一个3D打印的外壳中。该外壳环绕着装置的真空容器，用于容纳等离子体。
"MUSE在很大程度上是用商用部件建造的，"该项目首席研究员、PPPL高级研究物理学家Michael Zarnstorff说，"通过与3D打印公司和磁体供应商合作，我们可以货比三家，以所需的精度购买组件，而不必自己加工制造。"
早在2014年，Zarnstorff就意识到永磁体可能成为设计新型、更经济实惠的仿星器的基础。"我发现，即使是将稀土永磁体并排放置，也能产生并维持限制等离子体所需的磁场，从而实现聚变反应。这就是使该技术成为可能的关键特性。"他说。
事实上，与传统的仿星器相比，MUSE还表现出了更高的"准对称性"。这一理论特征由PPPL物理学家Allen Boozer在20世纪80年代初提出，意味着虽然仿星器内部磁场的形状可能与其物理形状不同，但环绕装置的磁场强度是均匀的。这有助于更好地限制等离子体，提高聚变反应发生的概率。据Zarnstorff介绍，MUSE的准对称性至少比现有的任何仿星器都要高出100倍。
参与该项目的哥伦比亚大学Amelia Chambliss表示："能够设计并建造出这样一个仿星器，是一项了不起的成就。对我来说，MUSE最重要的意义在于，它代表了一种解决难题的创新方法。它运用了大量开放和创新的思路，来应对长期困扰仿星器发展的问题。只要我们继续以这种灵活的方式思考，就一定能取得更大的进步。"
接下来，PPPL团队计划开展一系列实验，以期进一步厘清MUSE出色的准对称性。通过更精确地绘制磁场分布图，以及测量等离子体旋转速度的衰减情况，研究人员将探究该装置在防止热粒子从核心区域逃逸方面的有效性，这对于维持稳定的聚变反应至关重要。
MUSE的问世彰显了美国国家实验室在核聚变研究领域的创新实力。随着永磁体技术的引入，未来实现更加经济、实用的聚变发电厂，或许指日可待。让我们共同期待这一清洁、高效的能源革命，为人类开启一个崭新的时代！
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