科学探索|曲折反应堆的直线圈为核聚变提供了新形态曲折反应堆的直线圈为核聚变

科学家们正在通过各种实验性的反应堆设计追求从核聚变中获得清洁和取之不尽用之不竭的动力，其中一个更有趣的例子是一种被称为仿星器(stellarator)的近乎圆形装置。虽然这些装置通常具有不规则形状的磁线圈，但科学家们现在已经开发出更简单、更直的版本，他们说这可以提供一些重要的好处。

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【科学探索|曲折反应堆的直线圈为核聚变提供了新形态】仿星器跟另一种被称为托卡马克的流行核聚变反应堆设计有一些相似之处，因为两者都被设计为通过一系列磁线圈将过热的等离子体流限制在循环室中。在这样做的过程中，它们创造了原子核以难以置信的速度碰撞所需的热量和压力，进而形成氦并释放大量的能量。
但当托卡马克采取整齐和相对简单的圆环形状时，仿星器以不规则的圆圈发送其等离子体流，这些圆圈扭曲和转动，这实际上提供了更大的稳定性。这些离子体流由同样不规则的磁线圈引导，这些线圈非常复杂，以至于有些需要超级计算机来设计。
如果这些线圈的部分是相对直的，事情就会变得更简单，这不仅会使仿星器的建造变得更加简单而且维护也变得更简单。然而，这将以反应堆的性能为代价。
这项新研究的论文第一作者、英国约克大学的博士生Nicola Lonigro说道：“原则上，你总是可以制造更直的线圈，但代价是它们的磁场可能无法像那些由更扭曲的线圈产生的磁场那样限制等离子体。但是我们的研究发现，你可以用更直的部分制作一个更简单的线圈，从而使其具有跟传统线圈相同的磁场形状和强度。”
Lonigro和她的同事通过实验一种被称为“花键表示法”的数学技术来实现这一认识，他们用这种技术来改进生成磁线圈设计的计算机代码。这使得磁铁的设计其截面变得更直，并且仍有足够强和准确的磁场来限制等离子体。作为示范，科学家们为威斯康星大学麦迪逊分校的一个实验性设计了更直更简单的新磁铁。
来自中国科技大学的论文作者、物理学家Caoxiang Zhu说道：“在未来，人们将不得不在仿星器内的部件磨损时进行更换，这需要在磁铁的线圈之间有较大的开口。但在仿星器中很难有大的开口，因为电磁线圈是之字形的，而且真的非常复杂。”
虽然这一突破令人印象深刻，但它也提醒物理学家在试图使核聚变成为现实时面临的无数复杂问题。这些更直的线圈只是一个令人难以置信的复杂难题中的一小块，但它可能在某一天被证明对帮助无限的清洁能源成为现实非常重要。
Lonigro表示：“从长远来看，这项工作是对试图使仿星器在商业上可行的更大努力的一个贡献。”