世界最大仿星器设施W7-X首次成功生成高能氦-3离子

近日，世界最大的仿星器设施温德尔斯坦7-X(W7-X)的科学家取得重大突破，首次成功生成高能氦-3离子。

科学家在新闻稿中表示：“在世界上最大的仿星器设施中，首次利用离子回旋共振加热产生高能氦-3离子——这是聚变研究的一个里程碑。”

由马克斯·普朗克等离子体物理研究所运营的先进聚变反应堆W7-X，其实验解决了利用聚变能的一项关键挑战。未来的聚变发电厂依赖有效控制数百万度的超热等离子体，这种等离子体会产生高能“α粒子”(氦-4原子核)，对维持持续聚变反应所需的极端温度至关重要。若这些粒子逃逸速度过快，等离子体就会冷却，反应无法维持。

鉴于W7-X的实验性质以及与成熟聚变发电厂相比的缩小设计，科学家使用更轻、能量更低的粒子来模拟相关条件。科学家解释称，实际上较轻的氦-3离子会被加速到适合此目的的能量。

该团队采用离子回旋共振加热(ICRH)这一尖端技术达成目标。新闻稿补充道：“这类似于推秋千上的孩子：为了有效，每次推搡必须与秋千的固有频率精确协调——换句话说，必须产生共振。”

ICRH利用强大的兆瓦级高频波，通过将电磁波注入含有氢和氦-4的等离子体，并将其调谐到氦-3离子自然绕磁场线运行的特定频率(即其离子回旋频率)，这些粒子可有效吸收能量。新闻稿强调：“这是首次利用离子回旋共振加热(ICRH)在仿星器中产生高能氦-3离子：这在聚变研究中尚属世界首例。”

“ICRH系统正在W7-X开发和运行，在三边Euregio集群(TEC)的支持下，由布鲁塞尔皇家军事学院等离子体物理实验室与于利希研究所IFN-1和ITE密切合作。”

这项创新的意义不仅局限于地球。研究人员发现，W7-X中驱动氦-3粒子的相同共振过程或许可以解释太阳上一个令人困惑的现象。研究团队指出：“这项研究有助于开发可持续能源，并为太阳的运作机制提供了意想不到的见解。W7-X中激发氦-3粒子的共振过程或许也能解释其大气中偶尔出现的富含氦-3的云层。”

理论上，太阳中的氦-3粒子可通过自然产生的电磁波选择性加速，形成含有比平常多出10,000倍的氦-3的巨大云层。

新闻稿总结道：“这些发现表明，聚变科学不仅正在塑造未来，而且还有助于解开我们周围宇宙的奥秘。”