一直以来，人们都憧憬取之不尽用之不竭的能源，核聚变是最有希望的能源。最近，美国能源部（DOE）普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的物理学家Sam Lazerson与德国科学家合作，确认仿星器Wendelstein 7-X（W7-X）中产生的高质量磁场与其复杂设计相符。
仿星器，顾名思义，就是模拟太阳内部核反应的聚变装置。它最初由普林斯顿大学天体物理学家和PPPL的创始人Lyman Spitzer于20世纪50年代提出，而W7-X是仿星器装置的最新设计。仿星器提出十年后，托克马克变得更加流行，因为环形设施更容易设计和建造，并且通常能更好地束缚等离子体。不过最近等离子体理论进展和计算能力的提升唤醒了人们对仿星器的兴趣。
该研究结果发表在11月30日的《自然-通讯》上，报告称该装置的误差场（errorfield，装置设计的偏差）小于十万分之一。仿星器能否成为未来核聚变的装置？这些结果或许就是验证仿星器可行性的关键进展。
W7-X由德国马克斯普朗克等离子体物理研究所建造，于2015年完工，是目前世界上最大最复杂的仿星器。PPPL是美国合作方的主要参与者，其他合作者包括美国能源部的橡树岭实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、奥本大学、麻省理工学院、威斯康星大学麦迪逊分校和Xanthos科技公司。
扭曲的磁场
仿星器是在扭曲三维磁场中束缚等离子体（即高温电离的气体）使其发生聚变反应。而更加普遍的核聚变装置托克马克使用的是二维磁场。托克马克需要在等离子体中诱导产生电流才能运作，而仿星器的这种扭曲磁场则不需要。因此，仿星器中的等离子体几乎不会被扰乱。但托卡马克中可能发生这种现象，使内部电流突然停止并导致聚变反应中断。
PPPL在W7-X项目中发挥了关键作用，设计并提供了可以微调仿星器磁场的线圈并使测量成为可能。Lazerson领导了测量磁场构造的一半实验，他说：“我们已经确认‘磁场笼子’的运作符合我们的设计预期。这反映了美国对W7-X的贡献，并突出了PPPL开展国际合作的能力。”
为了测量磁场，科学家沿着磁感线发射电子束。然后通过荧光棒测量整个磁场的横截面，通过荧光揭示出磁场的形状。
结果表明这个复杂的磁场设计具有优秀的保真度。作者写道，“据我们所知，无论在核聚变装置的建设中还是在磁拓扑的测量中，小于十万分之一的偏差都是前所未有的准确性。”
这些进展不禁使作者陷入思考，W7-X这样的仿星器是否就是通往核聚变的正确道路？要找到答案，还需要继续研究等离子体物理。他们在结论中写道，“这项任务才刚刚开始。”
编辑：严寒
参考：http://phys.org/news/2016-12-physicists-precision-magnetic-fields-advanced.html
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