[科普中國(guó)]-H-1螺旋仿星器

H-1螺旋仿星器是指中澳兩國(guó)合作的H1 Heliac仿星器，這個(gè)技術(shù)交流項(xiàng)目的目標(biāo)是到2050年開(kāi)發(fā)出一種可行的基本負(fù)載發(fā)電新方式。

簡(jiǎn)介H-1螺旋仿星器是指中澳兩國(guó)合作的H1 Heliac仿星器。作為一項(xiàng)與中國(guó)的技術(shù)交流項(xiàng)目的組成部分，澳大利亞國(guó)立大學(xué)（ANU）向中國(guó)提供了一臺(tái)造價(jià)3500萬(wàn)澳元的核聚變仿星器裝置。這個(gè)技術(shù)交流項(xiàng)目的目標(biāo)是到2050年開(kāi)發(fā)出一種可行的基本負(fù)載發(fā)電新方式。

核聚變是太陽(yáng)和宇宙中所有恒星的能量來(lái)源。一旦實(shí)現(xiàn)受控核聚變，那么它有可能為未來(lái)全世界的電網(wǎng)提供零排放且相對(duì)便宜的電力。有兩種裝置最有可能實(shí)現(xiàn)可行的商用核聚變發(fā)電方式，一種是由美國(guó)科學(xué)家設(shè)計(jì)的仿星器，另一種則是在俄羅斯發(fā)明的“托卡馬克”（Tokamak）裝置。

報(bào)道稱，2016年9月，澳大利亞成為第一個(gè)與國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆計(jì)劃（ITER）達(dá)成正式合作協(xié)議的非成員國(guó)——ITER有望成為世界上最大且第一個(gè)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的托卡馬克核聚變反應(yīng)堆。1

仿星器仿星器是指一種外加有螺旋繞組的磁約束聚變實(shí)驗(yàn)裝置。它由一閉合管和外部線圈組成，閉合管呈直線形、“跑道”形或空間曲線形。常見(jiàn)的仿星器具有兩對(duì)或三對(duì)螺旋繞組,前者磁面形狀類似于橢圓,后者則近似于三角形。相鄰螺旋繞組中通以大小相等方向相反的電流，螺旋繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和縱向磁場(chǎng)合成后，磁力線產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變換,因而能約束無(wú)縱向電流的等離子體。2

在托卡馬克裝置中磁面是由等離子體電流的磁場(chǎng)和環(huán)向場(chǎng)合成的，電流密度的分布總可以在等離子體的建立過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整，以保證形成閉合磁面。而仿星器的螺旋繞組是完全固定的，所產(chǎn)生的螺旋磁場(chǎng)也完全是固定的，所以完全沒(méi)有自行調(diào)整的能力，因此，由于任何一點(diǎn)設(shè)計(jì)和安裝的誤差，都可以使磁力線在繞大環(huán)一周后不回到一個(gè)固定的磁面上。

當(dāng)誤差超過(guò)一定值時(shí)，磁力線還可能跑到真空壁上去，造成磁面破裂，使帶電粒子沿著磁力線碰到真空壁上喪失掉。為了避免這種損失，仿星器磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)、加工和安裝所要求的精度很高，比托卡馬克的精度高得多，如要求磁場(chǎng)的總誤差不超過(guò)萬(wàn)分之一，這是阻礙仿星器發(fā)展的一個(gè)重要原因。

仿星器的規(guī)模比托卡馬克小很多，它的最大裝置和第二代托卡馬克的規(guī)模相近。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃倫先 - 副教授 - 西南大學(xué)