核聚變反應(yīng)堆“反場(chǎng)位形”：一股利用自身磁場(chǎng)結(jié)合在一起的環(huán)形等離子體。

　　在美國(guó)洛杉磯南部一個(gè)郊區(qū)工業(yè)園里，研究人員朝著掌控核聚變—— 一種能提供豐富、廉價(jià)、清潔能源的過程——邁出了重要一步。一家名為三阿爾法能源的私人投資公司建造了一臺(tái)能形成一團(tuán)超熱氣體（約1000萬攝氏度）的機(jī)器，并且使其在沒有衰變的情況下保持了5毫秒的穩(wěn)定。這看上去只是眨眼之間，但已經(jīng)比利用此項(xiàng)技術(shù)的其他研究長(zhǎng)了很多，而且首次證實(shí)將氣體保持在穩(wěn)態(tài)下是可能的。

　　作為三阿爾法顧問委員會(huì)一員的斯坦福大學(xué)粒子物理學(xué)家Burton Richter表示，如果公司科研人員能將技術(shù)升級(jí)至更長(zhǎng)的時(shí)間和更高的溫度，他們將達(dá)到這樣一個(gè)階段，即氣體中的原子核發(fā)生足以使其融合在一起的強(qiáng)有力碰撞，從而釋放能量。

　　“直至你學(xué)會(huì)控制并且馴服熾熱氣體，否則它永遠(yuǎn)不會(huì)有什么作用。而他們似乎已經(jīng)找到了馴服它的方法。”競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手、核聚變初創(chuàng)公司——圣地亞哥能量/物質(zhì)轉(zhuǎn)化公司負(fù)責(zé)人Jaeyoung Park說，“下一個(gè)問題是你能在多大程度上將熱量限制在氣體中。我以最大的善意揣度他們，并且想在接下來的兩三年里觀察他們的舉動(dòng)。”

　　盡管其他初創(chuàng)公司也在嘗試?yán)妙愃品椒▽?shí)現(xiàn)核聚變，但這個(gè)領(lǐng)域的主要工作還是諸如耗資200億美元、由一個(gè)國(guó)際協(xié)作組正在法國(guó)建設(shè)的國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）和美國(guó)能源部耗資40億美元、位于加州利弗莫爾的國(guó)家點(diǎn)火裝置等政府資助的大型項(xiàng)目。然而，不斷攀升的成本和此類項(xiàng)目的復(fù)雜性正在讓很多人懷疑，他們能否創(chuàng)立用可承受的成本產(chǎn)生能源的發(fā)電廠。

　　三阿爾法和類似的努力采取了一種不同的方法，有望創(chuàng)立能被更快速研制出來的更加簡(jiǎn)單和廉價(jià)的機(jī)器。重要的是，相較于大多數(shù)其他核聚變反應(yīng)堆，三阿爾法的機(jī)器或許能利用不同的燃料運(yùn)行。這種由氫和硼混合在一起的燃料比較難發(fā)生反應(yīng)，但三阿爾法的研究人員表示，它避免了傳統(tǒng)核聚變發(fā)電廠可能面臨的很多問題。“他們走到今天這一步，是因?yàn)槿藗儓?jiān)信能使氫—硼反應(yīng)堆運(yùn)行。”三阿爾法公司顧問、康奈爾大學(xué)等離子體物理學(xué)家David Hammer表示。

　　不過，并未參與此項(xiàng)目的普林斯頓大學(xué)等離子體物理學(xué)家Jon Menard介紹說，燃燒氫—硼燃料需要30多億攝氏度的超高溫，而這將“非常具有挑戰(zhàn)性”。在他看來，很難預(yù)測(cè)氣體在高溫下將如何表現(xiàn)。“我有點(diǎn)擔(dān)心，他們的模擬試驗(yàn)落后于經(jīng)驗(yàn)。”Menard表示，但這種方法“值得進(jìn)一步研究”。

　　像其他核聚變技術(shù)一樣，三阿爾法的設(shè)備旨在困住氣體，但它是如此的熾熱，以至于原子被剝?nèi)チ穗娮樱a(chǎn)生被稱為等離子體的電子和離子混合物。如果離子在力的作用下相互碰撞會(huì)發(fā)生融合，從而將一部分質(zhì)量轉(zhuǎn)化成能量。不過，這需要至少1億攝氏度的高溫，熱到足以熔化任何容器。因此，反應(yīng)堆設(shè)計(jì)者面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)是如何在不碰觸到等離子體的情況下將其困住。像NIF一樣的設(shè)備能使等離子體迅速聚爆，從而依靠?jī)?nèi)在慣性使其維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)生核聚變反應(yīng)。與此相反，ITER利用被稱為托卡馬克的環(huán)形室內(nèi)強(qiáng)有力的磁場(chǎng)，使等離子體保持穩(wěn)定。一部分磁場(chǎng)由超導(dǎo)磁體的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)提供，其他部分則由像電流一樣圍繞環(huán)形流動(dòng)的等離子體本身提供。

　　三阿爾法的機(jī)器也能產(chǎn)生環(huán)形等離子體，但粒子的流動(dòng)產(chǎn)生了將等離子體結(jié)合在一起的全部磁場(chǎng)。這種被稱為反場(chǎng)位形（FRC）的方法自上世紀(jì)60年代起便為人所知。然而，盡管進(jìn)行了幾十年的研究，但科學(xué)家只能使等離子體團(tuán)在散開或熔化前維持約0.3毫秒。1997年，出生于加拿大的加州大學(xué)歐文分校物理學(xué)家Norman Rostoker和同事提出了一種新方法。第二年，他們成立了目前坐落于一間不起眼且無任何標(biāo)記的廠房中的三阿爾法公司。從桌面設(shè)備的建造開始，公司到去年已有150名雇員，并且正致力于研發(fā)C-2——被磁體環(huán)繞且控制設(shè)備、診斷儀器和粒子束生成器密集的23米長(zhǎng)管子。這臺(tái)機(jī)器會(huì)形成兩股環(huán)形等離子體——兩端附近各一股，并且以每小時(shí)近100萬公里的速度將其射向中間。在中心處，它們?nèi)诤闲纬筛蟮腇RC，并將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能。

　　該公司一位要求匿名的投資人表示：“從我們開始投資以來，此次突破是第一次讓人感覺到好像石頭正開始往山下滾而不是將其向上推。”（宗華）

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 (2015-09-02 第3版 國(guó)際)