小型聚变实验的温度比太阳核心还高

为了生产商业能源，未来的核聚变发电厂需要达到 1 亿摄氏度的温度。要做到这一点，就需要仔细控制等离子体。在《核聚变》杂志上发表的一项研究中，研究人员改进了操作条件，以在称为 ST40 的紧凑型球形托卡马克装置中达到必要的温度。

这个装置是独一无二的;它比其他聚变装置小得多，等离子体更球形。为了取得这些结果，研究人员使用了一种类似于过去“超级射击”的方法，这种方法在 1990 年代 在 TFTR托卡马克中产生了超过 1000 万瓦的聚变功率。

这项工作首次展示了紧凑型高磁场球形托卡马克中与聚变相关的离子温度。这证实了球形托卡马克可以达到商业聚变能生产所必需的条件之一。这些结果还表明，与其他配置相比，类似的聚变试验工厂可能会产生更紧凑且可能更经济的聚变电源。

普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL)、橡树岭国家实验室 (ORNL) 和托卡马克能源有限公司的研究人员在首创的合作研究与开发协议 (CRADA) 联合框架内开展工作，以开发操作场景和分析方法。他们的实验现已证明在私人建造的实验性聚变设施中实现了与聚变相关的高离子温度。PPPL 和 ORNL 的研究人员积极参与了 ST40 设备的操作和数据分析，以实现商业聚变能所需的这些等离子体温度。

在研究中，ST40 等离子体在刚好超过 2 特斯拉的环形磁场值下运行，并被 180 万瓦的高能中性粒子加热。虽然 ST40 等离子体放电仅持续了 150 毫秒，但等离子体显示出超过 1 亿摄氏度的离子温度。

研究人员使用 PPPL 开发的 TRANSP 传输代码，根据测得的杂质温度分布范围确定主要种类氘的离子温度。这些曲线揭示了远高于 8.6 keV(1 亿摄氏度)的杂质离子温度范围(在上图中以蓝色显示)，以及在 8.6 keV 水平附近的氘温度范围(以洋红色显示)。