仿星器聚变反应堆因创造性的磁铁解决方法而获得新生

由于冰箱磁铁背后的原理相同，利用清洁能源的探索可能朝着正确的方向迈出了一步。本周早些时候，美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 的研究人员展示了他们的新仿星器——一种独特的聚变反应堆，它使用现成的和 3D 打印的材料来容纳过热等离子体。

传统的仿星器最早由 PPPL 创始人莱曼·斯皮策在 70 多年前提出，其工作原理是利用精确排列成复杂形状的电磁铁，利用电力产生磁场。与托卡马克反应堆不同，仿星器不需要专门通过等离子体通入电流来产生磁力——这一过程可能会干扰聚变反应。尽管如此，托卡马克仍然能有效地限制等离子体，因此它们一直是研究人员的首选反应堆，尤其是考虑到仿星器的相对成本和难度。正因为如此，斯皮策的设计几十年来一直未被使用。

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然而，新型仿星器 MUSE 的工程师表示，他们的解决方法可以解决这些障碍。该设备不使用电磁铁，而是使用永磁体——尽管它比日常新奇物品和纪念品收藏品中的永磁体更强大、更精细。MUSE 需要使用稀土金属制成的永磁体，其磁通密度可以超过 1.2 特斯拉（磁通密度的测量单位）。相比之下，标准铁氧体或陶瓷永磁体通常为 0.5 到 1 特斯拉。

PPPL 高级研究物理学家兼 MUSE 首席研究员迈克尔·扎恩斯托夫 (Michael Zarnstorff) 在一份声明中表示：“我意识到，即使将它们与其他磁铁放在一起，稀土永磁体也能产生并维持必要的磁场，以限制等离子体，从而使聚变反应发生，而这正是使该技术发挥作用的特性。”

PPPL 研究生 Tony Qian 补充道，用永磁体建造仿星器是一种“全新”的方法。Qian 还解释说，仿星器的改造将使工程师能够比以前更轻松地测试等离子体约束理念并建造新设备。

据报道，除了有希望的设计改动之外，MUSE 还能比任何以前的仿星器更好地管理所谓的“准对称性”——更具体地说，是一种称为“准轴对称”的子类型。

用极其简单的术语来说，准对称是指仿星器内部磁场的形状与仿星器物理形状周围的磁场形状不同。尽管如此，整体磁场强度仍然保持均匀，从而有效地限制了等离子体并增加了聚变反应的机会。据 Zarnstorff 称，MUSE 实现的准对称性“至少比任何现有仿星器好 100 倍”。

从这里开始，研究人员打算进一步研究 MUSE 准对称性的性质，同时精确绘制其磁场——所有因素都会影响实现稳定、净正聚变反应的几率。

科学家是否能很快发现实现绿色核聚变能源所需的突破还有待观察。但得益于一些创造性的解决问题方法，即使用表面上非常耐用的冰箱磁铁，长期被忽视的仿星器可能会成为一种有价值的工具。