用于進行可控的核聚變實驗裝置：托卡馬克系統(tǒng)，它的外形像甜甜圈一樣。

所謂“核聚變”，就是兩個較輕的原子核結(jié)合在一起形成一個較重的原子核，并釋放出巨大能量的過程。由于實現(xiàn)可控的核聚變要求極高：一億度的高溫以及1000秒的原子核等離子化時間。為了實現(xiàn)可控的核聚變反應，世界各國合作在法國建設了國際熱核反應堆實驗（ITER），按計劃ITER將于本世紀中葉實現(xiàn)發(fā)電應用。而美國麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）日前卻聲稱，他們研發(fā)的新型ARC核聚變反應堆可能在十年后實現(xiàn)商業(yè)化運營，不過這項計劃目前還只是停留在圖紙設計階段。

圖片說明：鋼鐵俠胸前裝有一個小型的核反應堆。圖片來源：Marvel

麻省理工學院“ARC反應堆”的名字來源于科幻電影《鋼鐵俠》，意思為：“Affordable經(jīng)濟，Robust強勁，Compact簡潔”。鋼鐵俠胸前的能量塊其實就是一個這樣的反應堆。有趣的是，在電影中鋼鐵俠托尼·斯塔克（Tony Stark）的畢業(yè)學校正是MIT。

研究人員解釋說，其實ARC和ITER不僅外形相像（都有著甜甜圈一樣的外表），工作原理也都是基于托卡馬克原理的核反應堆，將氘、氚等燃料注入燃燒室，通過加熱到一億度的高溫使其形成等離子體。周圍超導線圈產(chǎn)生的強磁場將使這些等離子體遠離墻壁并持續(xù)發(fā)生反應，最終核聚變反應產(chǎn)生的能量不僅能維持聚變反應的持續(xù)發(fā)生，而且會產(chǎn)生更多的能量用于發(fā)電。當核聚變產(chǎn)生的電量超過用于引發(fā)核聚變發(fā)生的電量時，就能實現(xiàn)核聚變的商業(yè)化應用。

圖片說明：研究人員右手的新型超導體材料REBCO，可以和左手產(chǎn)生相同功率的同時，體積大大減小。圖片來源：Jose-Luis Olivares/MIT。

參與這項計劃的MIT博士生Brandon Sorbom稱，新興的ARC反應堆與ITER的關(guān)鍵性差異在于使用了不同的材料做超導線圈。MIT在這項研究中使用了稀土鋇銅氧化物（rare-earth barium copper oxide，REBCO）作為超導線圈材料，與傳統(tǒng)的材料相比REBCO具有顯著優(yōu)點。

首先，使用了新型材料作為超導體的ARC反應堆更高效，隨著磁場能量的增加，相應地會造成核聚變能量的四次方倍增。也就是說，磁場能量提高一倍，產(chǎn)生的聚變能將增加16倍。雖然ARC產(chǎn)生的磁場強度還不到之前的兩倍，但任何磁場的增加都會帶來聚變能量的巨大改變，由此引起的聚變能可以增加為原來的10倍。

其次，ARC反應堆體積更小、成本更低。由于使用了新的REBCO材料作為超導體，促進了反應堆設計方案的優(yōu)化和改進，ARC反應堆的最大半徑為3.3米，最小半徑為1.1米，在產(chǎn)生相同功率的同時，其尺寸僅為ITER反應堆的一半，因此建設成本也更低。

根據(jù)MIT的設計方案，ARC反應堆產(chǎn)生的能量將是維持它運行所需能量的三倍左右。不過Sorbom認為，隨著系統(tǒng)的改進，最后的核能產(chǎn)出將是五到六倍，一臺ARC反應堆所產(chǎn)生電能可以滿足10萬人的日常使用。

負責這個項目的管理人員稱：“核聚變將是未來最重要的能量來源，我們應當加快研究，目前化石能源（煤炭、石油、天然氣等）的消耗正在加速全球變暖?！盡IT的研究人員表示，他們將在五年內(nèi)建造出類似于ARC大小和難度的核聚變裝置。（科學之家，譯審/編輯：F Cheng）

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