韓國(guó)“人造太陽(yáng)”在核聚變研究中取得重大突破

韓國(guó)“人造太陽(yáng)”——KSTAR裝置近日實(shí)現(xiàn)重大突破。該裝置成功將等離子體環(huán)路加熱至1.8億華氏度（1億攝氏度）并維持長(zhǎng)達(dá)48秒，刷新2021年創(chuàng)下的31秒世界紀(jì)錄。

這一進(jìn)展是邁向?qū)崿F(xiàn)近乎無(wú)限清潔能源的關(guān)鍵一步。科研人員數(shù)十年來(lái)致力于借助核聚變實(shí)現(xiàn)人類無(wú)限能源需求，該技術(shù)模擬了恒星內(nèi)部的能量產(chǎn)生過(guò)程。核聚變通過(guò)高壓、高溫條件下使氫原子轉(zhuǎn)化為氦原子，從而釋放能量。而恒星正是通過(guò)這一過(guò)程，將物質(zhì)轉(zhuǎn)化為光熱，產(chǎn)生龐大的能量，并且不會(huì)排放溫室氣體亦無(wú)長(zhǎng)期放射性廢物。

然而，實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室條件下仿照恒星內(nèi)核的核聚變并非易事。當(dāng)前最常用的聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)為托卡馬克裝置，其運(yùn)作原理是將等離子體（由帶電離子與自由電子構(gòu)成）加熱至超熱狀態(tài)后限制在甜甜圈狀的反應(yīng)室內(nèi)，利用強(qiáng)大磁場(chǎng)進(jìn)行約束。

盡管早在1958年蘇聯(lián)科學(xué)家納坦·雅夫林斯基便設(shè)計(jì)出首個(gè)托卡馬克裝置，但至今仍無(wú)人能造出凈輸出能量大于輸入能量的聚變反應(yīng)堆。

核聚變面臨的主要挑戰(zhàn)之一便是如何應(yīng)對(duì)達(dá)到聚變溫度的等離子體。由于聚變反應(yīng)堆所需壓力遠(yuǎn)低于恒星內(nèi)部自然發(fā)生的聚變環(huán)境，故需極高溫度，甚至高于太陽(yáng)核心溫度。如太陽(yáng)核心溫度約為2700萬(wàn)華氏度（1500萬(wàn)攝氏度），而壓力則相當(dāng)于地球海平面大氣壓的3400億倍。

實(shí)現(xiàn)上述高溫相對(duì)容易，難點(diǎn)在于尋找有效控制等離子體的方法，防止其燒穿反應(yīng)堆壁或破壞聚變過(guò)程。這通常需要借助激光或磁場(chǎng)進(jìn)行約束。

為延長(zhǎng)等離子體燃燒時(shí)間，科研人員對(duì)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)進(jìn)行改良，如采用鎢替代碳以提升托卡馬克偏濾器效率，此類偏濾器可清除反應(yīng)堆中的熱量及灰燼。

KSTAR團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在2026年前使反應(yīng)堆在1.8億攝氏度高溫下維持300秒。此項(xiàng)成就使韓國(guó)躋身全球核聚變競(jìng)爭(zhēng)行列，其中包括美國(guó)政府資助的國(guó)家點(diǎn)火裝置（NIF），后者曾因反應(yīng)堆核心短時(shí)內(nèi)產(chǎn)生的能量超出輸入能量而備受矚目。