用于進(jìn)行可控的核聚變實(shí)驗(yàn)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(gè)較輕的原子核結(jié)合在一起形成一個(gè)較重的原子核,，并釋放出巨大能量的過程。由于實(shí)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(shí)間,。為了實(shí)現(xiàn)可控的核聚變反應(yīng),，世界各國(guó)合作在法國(guó)建設(shè)了國(guó)際熱核反應(yīng)堆實(shí)驗(yàn)（ITER），按計(jì)劃ITER將于本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)發(fā)電應(yīng)用,。而美國(guó)麻省理工學(xué)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(yīng)堆可能在十年后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng),，不過這項(xiàng)計(jì)劃目前還只是停留在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段,。

圖片說明：鋼鐵俠胸前裝有一個(gè)小型的核反應(yīng)堆。圖片來源：Marvel

麻省理工學(xué)院“ARC反應(yīng)堆”的名字來源于科幻電影《鋼鐵俠》,，意思為：“Affordable經(jīng)濟(jì),，Robust強(qiáng)勁，Compact簡(jiǎn)潔”,。鋼鐵俠胸前的能量塊其實(shí)就是一個(gè)這樣的反應(yīng)堆,。有趣的是，在電影中鋼鐵俠托尼·斯塔克（Tony Stark）的畢業(yè)學(xué)校正是MIT,。

研究人員解釋說,，其實(shí)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(yīng)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(dǎo)線圈產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)將使這些等離子體遠(yuǎn)離墻壁并持續(xù)發(fā)生反應(yīng),，最終核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量不僅能維持聚變反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生，而且會(huì)產(chǎn)生更多的能量用于發(fā)電,。當(dāng)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(shí),，就能實(shí)現(xiàn)核聚變的商業(yè)化應(yīng)用。

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

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

首先,，使用了新型材料作為超導(dǎo)體的ARC反應(yīng)堆更高效,，隨著磁場(chǎng)能量的增加,，相應(yīng)地會(huì)造成核聚變能量的四次方倍增。也就是說,，磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)度還不到之前的兩倍,，但任何磁場(chǎng)的增加都會(huì)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(yīng)堆體積更小,、成本更低。由于使用了新的REBCO材料作為超導(dǎo)體,，促進(jìn)了反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化和改進(jìn),，ARC反應(yīng)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(shí),，其尺寸僅為ITER反應(yīng)堆的一半，因此建設(shè)成本也更低,。

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

負(fù)責(zé)這個(gè)項(xiàng)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(yīng)當(dāng)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(xué)之家,，譯審/編輯：F Cheng）

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