英国托卡马克能源公司的核反应堆达到商业核聚变的温度阈值

75年来，实用核聚变反应堆的承诺一直令人沮丧地遥不可及，几十年来，一个核聚变反应堆的承诺似乎只是几十年后的事情。然而，这种反应堆技术的意义及其为人类提供几乎无限的廉价、清洁能源的能力，是一个“改变游戏规则”的因素，因此科学家和工程师们继续追求它。

核聚变的原理相对简单。只要把氢原子放在太阳内部的那种热量和压力下，足够长的时间让它们融合在一起，形成更重的原子，在这个过程中它们会释放出巨大的能量。

不幸的是，这是一个典型的例子，就像小提琴一样，在理论上很容易演奏，但在实践中却难以置信地难以做到。简单地说，让三个主要因素（热、压力和时间）达到平衡以产生核聚变并不难。事实上，在1964年的纽约世界博览会期间，举办了一个展览，公众可以观看一个台式核聚变反应堆在几分之一秒内的实时运行。从那时起，困难的部分是想出一个反应器，能够稳定地产生实际数量的能量，而且其数量要大于为启动反应而必须投入的能量。

其中最有前景的是托卡马克反应堆，它最早于20世纪50年代在苏联开发。其基本设计是一个空心环，周围有线圈，在里面建立了一个磁场。该环包含一个真空，氢原子被引入其中。当原子加热到数百万度时，磁场会约束和挤压它们，剥夺它们的电子并在它们围绕环旋转时将它们变成等离子体。当条件合适时，核聚变就会发生。

在过去70年里建造的大多数托卡马克反应堆都是政府资助的研究反应堆，它们集中于学习更多关于氢等离子体的行为和建造一个实用反应堆将遇到的问题。这意味着这些托卡马克往往是非常大和昂贵的，并引导如此巨大的能量。

在天平的另一端是私人资助的反应堆，如托卡马克能源公司的ST40球形托卡马克。虽然政府反应堆已经达到了1亿摄氏度大关，但用一个更小的商业反应堆做到这一点，成本只有5000万英镑，并得到外部观察员的确认，这是一个相当大的成就。

据该公司称，ST40的目的是专注于聚变能源的商业应用。具体而言，使反应堆在经济上可行。出于这个原因，ST40是一个球形托卡马克。

传统的托卡马克有大的环形室，而球形反应堆要紧凑得多，并且用在室中央以柱子形式相遇的磁铁取代了所有环绕的磁铁。这给了反应堆一个扁圆形的形状，就像一个苹果。这允许磁铁更接近等离子体流，因此磁铁更小，使用更少的功率，但产生更强烈的场。

此外，ST40使用高温超导磁体，该磁体由稀土氧化钡铜制成，形成厚度小于0.1毫米的窄带。这些“高温”磁铁的工作温度在零下250℃至零下200℃之间，或大约是液氮的温度。这使得保持反应堆磁铁的温度比依靠液态氦的磁铁要便宜得多。

这种设置使得反应堆更小、更简单，在支持聚变反应的条件下，等离子体保持得更稳定。然而，与传统的托卡马克相比，该反应器的整体压力较小，而且中央支柱容易受到等离子体的腐化，需要定期更换。

该公司现在正在研究一个更先进的反应堆，即ST-HTS，该反应堆将在几年内投入使用，并有望在2030年代为设计第一个真正的商业工厂提供信息。

托卡马克能源公司首席执行官Chris Kelsall说：“我们对取得这一突破感到自豪，这使我们离为世界提供一种新的、安全的和无碳的能源更近了一步。当与高温超导磁体相结合时，球形托卡马克代表了实现清洁和低成本商业聚变能源的最佳途径。我们的下一个装置将首次结合这两项世界领先的技术，是我们以紧凑型核聚变模块提供低成本能源的使命的核心。”