本文来自中国科学院国家科学图书馆《科学研究动态监测快报》“先进能源科技专辑”，由国家能源局向本网供稿。请广大网民参考。

    麻省理工学院等离子体科学与聚变中心模拟地球和其他星球的磁场的新实验已经取得了首个重大成果。实验证实，这种独特的方法有潜力被用作发展新型核聚变电站。

核聚变能取之不尽，无碳排放，相比核裂变电站产生的放射性废物少得多，所以核聚变成为物理学家和能源研究专家50年来最为关注的方向。核聚变反应堆的能量净产出已被证实比预测的还要大。

该实验室核聚变反应堆得到的新成果受到了卫星在太空观测结果的启发。漂浮偶极实验装置（LDX）是麻省理工学院和哥伦比亚大学的一个联合项目，它使用了一个半吨重，大小和形状类似于卡车轮胎的电磁铁，并由另一个强力电磁场使其悬浮，以此控制其外围16英尺范围内1000万度的高温电解气或等离子体。

此项研究结果发表在Nature Physics。实验中，在装置的磁场室内部，如“湍流”现象的无规则运动使等离子体聚集、浓缩。这个关键的步骤让原子聚合在一起，而不是越来越分散。科学家在地球和木星的磁场中观测到这种等离子体的“湍流收聚”现象，但在此之前还未在实验室中得到重现。

目前使用最多的核聚变装置是托卡马克，它有一个外面缠绕着线圈的环形真空室，通过强磁场将等离子体束缚在磁铁里面，然后使用高功率激光装置引爆装置中的微量燃料，实现核聚变。而LDX与之不同，LDX中高温等离子体被束缚在磁铁外围，整个概念的灵感来自于行星磁气圈的观测结果，但比卫星观测试验更加精确且成本更低。虽然目前研究人员测量了等离子体的密度，但是仍然需要安装新设备测量其温度，最终实现大型设备的建造和测试。

科研人员称，在选择核聚变燃料方面，托卡马克中使用的氘-氚混合燃料，相对容易成功，所以将首先使用它作为燃料。如果为LDX设计的氘-氘聚变计划成为现实，将用它作为“第二代燃料”。

在操作时，LDX庞大电磁铁由上方的一个电磁铁支撑，整个装置由电脑实时监控，该电脑连接装有8个激光束和探测器的精密监视器。将这个半吨的磁铁维持在半毫米的悬浮高度需要电磁铁线圈通过100万安培的电流，因此为了保证一旦控制系统出现问题时装置的安全，科研人员在磁铁下方安装了锥形弹簧。

磁悬浮至关重要，因为磁场可以束缚等离子体避免其他物体干扰，如用于支撑磁铁的物体。科研人员在同样的条件下，进行了有和没有支撑系统两种情况下的实验，并证实了在磁悬浮状态下，等离子体的束缚作用显著增加，并且不受支撑系统影响。在悬浮状态下，几百分之一秒时间内达到的等离子体密度的最大值与行星磁气圈中观测到的数值接近（如地球和木星周围的磁场）。

科研人员解释，如果LDX中湍流诱导等离子体密度增大的方式可以放大成较大的装置，将为他们维持核聚变反应创造必要条件，实现核聚变能的生产，满足人类对能源的需求而不会导致全球变暖。

LDX项目经过10年多的设计、建造和测试，在去年得到了首批悬浮状态下的实验结果，分析报告将于近期公布。仪器中新安装的微波干涉仪，用来精确测量等离子体的浓度，并用于观察湍流效应。LDX是目前最新颖的等离子体聚变物理实验，其系统独特的几何形状以及理论结果为聚变能源生产提供了应用前景。