距终极能源更近了:MIT核聚变实验堆创纪录突破

麻省理工学院10月14日在官网宣布，麻省理工学院等离子体科学和聚变研究中心的科学家和工程师又向受控核聚变的实现迈进了一大步，该校离子体科学和聚变研究中心的Alcator C-Mod托卡马克聚变堆在最后一次实验中创造了一项世界纪录--Alcator C-Mod的等离子体压强超过了2个大气压。高压等离子体是实现可控核聚变的关键因素，这个记录将该装置自己于2005年创下的最好成绩又提高了15%。

Alcator C-Mod项目的负责人、资深科学家厄尔·马尔马(Earl Marmar)将在今天日本东京举行的国际原子能机构聚合能大会(IAEA Fusion Energy Conference)上公布实验结果的具体数据。

由于具有无污染、原料几乎取之不尽(可以直接使用海水)、安全性高并且发生事故危害较小等优点，核聚变长期以来一直是人类渴望的“理想能源”。

从上世纪50年代开始，人类就开始了可控核聚变的相关研究。

麻省理工学院的Alcator C-Mod核聚变反应堆设备于1993年投入运行，至今已服役23年，按计划在美国东部时间9月30日关闭。Alcator C-Mod是利用高强度磁场约束高温等离子体的托卡马克反应堆，是全球所有聚变反应堆中磁场最强、等离子体压强最高的聚变反应堆。

托克马克(Tokamak)又称环磁机，是一种利用磁约束来实现磁约束聚变的环性容器，同时也是用于生产受控热核核聚变能中的一个最深入研究的候选类型。托卡马克这个词源于俄语单词токамак，是环形(toroidal)、真空室(kamera)、磁(magnit)、线圈(kotushka)四个单词的缩写。

在最后一次运行中，Alcator C-Mod等离子体高压突破其前世界纪录，再创新高，华丽谢幕。等离子体压强是核聚变反应产能的关键因素，MIT最新的实验结果首次达到超过两个大气压，为人类创造更加清洁、安全的能源带来崭新希望。

50多年前，理论物理学家已经证明，若要在地球实现可控核聚变，那么等离子体必须满足三个条件:

温度必须高于5千万摄氏度;

必须在高压下保持稳定;

必须被约束在一个特定的空间中。

这三个条件再落实到具体参数细节上，就是等离子体的粒子密度、约束时间和温度这三个参数的乘积必须不低于某个阈值(也叫作“triple product”)。达到该阈值后，拘束核聚变才能产生正能量输出，即释放的能量大于所消耗的能量。由于压强是密度和温度的乘积，因此，输出能量的大小和它的平方成正比，也就是说，压强达到原来的2倍，释放的能量会达到原来的4倍。基于这个原因，压强成了可控核聚变的关键指标之一。

在Alcator C-Mod托卡马克聚变实验装置23年的服务生涯中，它已经多次刷新了磁约束聚变等离子体压强的世界记录。2005年，阿尔卡特C型装置制造了1.77个大气压的世界记录。

如今，2.05个大气压世界记录又在2005年记录的基础上提高了15%，对应的温度达到3,500万摄氏度，是太阳核心温度的2倍。

Alcator C-Mod装置是世界上第三台强磁场托卡马克，具有世界唯一的先进腔体结构，属于紧凑型强磁场核聚变托卡马克装置。Alcator C-Mod装置中的等离子体每秒发生300万亿次聚变反应，其中心的磁场强度达到5.7特斯拉(地球磁场的11.5万倍)。等离子体中的电流强度达到140万安培，等离子中的核聚变功率高达400万瓦。等离子体的体积只有1立方米，持续时间为2整秒。

相较于其他体积相仿的非托卡马克磁约束聚变系统，Alcator C-Mod装置的磁场强度要大出50倍，而对比于其他托卡马克装置，它的等离子体压强则至少高出70%。

▲结果喜人，The Alcator C-Mod课题组欢腾一片

唯一有可能打破Alcator C-Mod装置记录的是在建中的国际热核聚变实验堆(ITER)。

ITER同为托卡马克装置，容积比AlcatorC-Mod装置