想親手搓一個核聚變反應堆嗎？其實沒有多難，只要你已經年滿12周歲了，就有可能實現，因為之前的打樣已經有了。

2018年，一個12歲孩子在 家里成功制造了一個核聚變實驗裝置，成功躋身吉尼斯世界記錄，成為世界上最年輕的手搓核聚變的人。所以你能不能成為第二個呢，關鍵就在于今天這節課你聽的認不認真了。

想要手搓核聚變反應堆，你首先得放棄托卡馬克，轉而擁抱仿星器。

這兩個東西，都是能夠實現核聚變的裝置，但是，前者的熱度遠高于后者。我來打個賭，你八成連“仿星器”這個名字都沒有聽說過，我要是猜對了請給我在這兒扣個1。為什么托卡馬克比仿星器更受歡迎，原因很簡單，因為它只需要暴力出奇跡就行了——只需要給高溫等離子來上一個超強電流，就能把它們約束在設備內部產生聚變了。而仿星器呢，要是的巧勁，它不用什么超強電流哈，但是卻需要極其復雜的磁場幾何設計，通過特定的三維扭曲和排列，使得磁力線形成一個螺旋狀的路徑來困住其中的等離子體。它不僅設計上難，制造上更難，因為它需要制造商以毫米級精度來構建大孔徑的線圈。欸，正是所有人都不愿意玩，你才能有機會嘛。

仿星器的概念最早由美國物理學家萊曼·斯皮策在1951年提出。斯皮策是普林斯頓大學的天體物理學家，他提出了利用磁場來約束等離子體以實現核聚變的想法。仿星器這個名字來源于拉丁文“stella”，意為“星星”，因為斯皮策希望這種裝置能像太陽一樣，通過核聚變釋放能量。斯皮策設計的第一個仿星器原型名為“Model A”，于1953年在普林斯頓等離子體物理實驗室，即PPPL建造完成。這是一個小型的實驗裝置，用于驗證基本的磁約束概念。盡管初期結果不盡如人意，但這一裝置奠定了未來研究的基礎。

在20世紀50年代和60年代，仿星器研究面臨諸多挑戰，包括等離子體不穩定性和磁場設計的復雜性。盡管如此，研究人員繼續改進設計，建造了更復雜的裝置，例如“Model B”和“Model C”。在這個時期，仿星器的研究主要集中在美國，但其他國家也開始對這種裝置表現出興趣。

盡管如此，由于技術上的困難，仿星器的研究一度被托卡馬克裝置所超越，后者在等離子體溫度和密度方面取得了顯著進展。既然都說到托卡馬克了，那我們就正好在此處切入介紹一下托卡馬克裝置的工作原理。托卡馬克裝置也是利用強大的磁場將等離子體束縛在一個環形的真空容器內，以防止其擴散和逃逸，從而增加聚變的概率。

請看這張原理圖，它的核心——中間的那根柱子，紅色箭頭部分，是通過變壓器引起的電場來驅動等離子體電流，產生一個極向磁場。該磁場將等離子體電流彎曲成一個圓形，綠色的垂直圓環，這樣可以有效地約束等離子體。與此同時，另一個環繞圓圈長度的磁場被稱為環形磁場，綠色水平圓圈，推動等離子體做水平環狀運動。兩個垂直和水平的場結合就形成一個螺旋結構的三維曲線，見黑色的線條和箭頭，在其內部等離子體受到了高度的約束。

托卡馬克裝置的優勢目前主要有兩個，一是在保持等離子體高溫方面表現優越，這是因為它的磁場結構能夠有效地約束高溫等離子體。二是目前運行的托卡馬克數量較多，約有60個，這就為研究和改進可控核聚變提供了豐富的實驗數據和技術基礎。但同時，盡管托卡馬克在高溫方面表現出色，卻在維持等離子體的長期穩定性方面存在挑戰。而且它需要通過變壓器來驅動電流，這增加了系統的復雜性和運行難度，還有成本。這就是為什么托卡馬克一般建造得非常龐大了，因為它的復雜性很難讓它小得下來嘛，反而是越大越有優勢。

再反觀防星器， 雖然其工作原理也利用強大的磁場來約束等離子體，但不同于托卡馬克，仿星器不需要通過變壓器驅動電流。相反，仿星器通過扭轉磁鐵形成螺旋狀磁場，這種構型天然地提供了一個穩定的磁場分布，從而有效地約束等離子體。

盡管在早期遇到了困難，但在20世紀80年代和90年代，它逐漸迎來了復興。科學家們通過計算機模擬和更先進的磁場設計，解決了許多早期的技術問題。仿星器設計的一個重大改進是“螺旋相位”結構，這種結構大大提高了等離子體的穩定性。同時，由于不需要使用變壓器來驅動電流，這就簡化了設備的設計和運行。你看，手搓黨有沒有看到希望。 隨著技術的不斷進步，科學家們正致力于進一步優化磁場設計，開發更高效的材料和控制系統，以提高仿星器的性能和可操作性。雖然托卡馬克目前在聚變能研究中占據主導地位，但仿星器憑借其在等離子體穩定性方面的獨特優勢，仍有可能成為未來聚變能電廠的重要選擇。

最后，再給你介紹兩個重要的防星器研究項目吧。德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所，IPP建造的 Wendelstein 7-X，它被認為是目前世界上最先進的仿星器之一。

Wendelstein 7-X 于2015年首次運行，其目標是證明仿星器在長時間保持高溫等離子體方面的可行性。該裝置的設計特點包括高度復雜的磁場幾何形狀，這使得等離子體能夠在更長時間內保持穩定。另一個是位于美國威斯康辛大學的HSX，它一種創新型仿星器，旨在研究磁場對等離子體穩定性的影響。HSX采用了螺旋對稱磁場設計，試圖進一步減少等離子體的不穩定性。

好了，又被知識沖刷了一遍大腦，你感覺如何。